Čini se da učinci PTSP-a na mozak sugeriraju da postoji biološka osnova za simptome ovog poremećaja. Znanstvenici vjeruju da iskustvo ekstremne psihološke traume može uzrokovati fizičke promjene u mozgu. Međutim, moguće je da inherentne razlike u strukturi i funkciji mozga neke ljude čine ranjivima na PTSP. Učinci PTSP-a na mozak javljaju se uglavnom u amigdali, dijelu mozga koji pomaže u kontroli emocija. Hipkampus, prefrontalni režanj i prefrontalni korteks mogu pretrpjeti oštećenja zbog traumatskih iskustava, a neki stručnjaci vjeruju da učinci PTSP-a na mozak uključuju promjene u načinu na koji mozak koristi određene neurotransmitere, poput dopamina, serotonina i noradrenalina.
Jedan od primarnih učinaka PTSP-a na mozak može se naći u amigdali. Zajedno s prefrontalnim korteksom, amigdala je tipično odgovorna za pomoć u kontroli emocija. Kod nekih oboljelih od PTSP-a, amigdala zapravo raste, što bi moglo ukazivati na višak emocionalnog odgovora u mozgu. Promjene u načinu na koji mozak koristi neurotransmitere nakon proživljene traume mogu uzrokovati smanjenu funkciju prefrontalnog korteksa, koji inače također pomaže u kontroli emocija, osobito onih strašnih. Stručnjaci vjeruju da se promjene u funkciji prefrontalnog korteksa nakon traume mogu pojaviti zbog povećane razine neurotransmitera dopamina, koji mozak obično izlučuje kada je potrebna visoka razina budnosti i opreza.
Mnogi oboljeli od PTSP-a doživljavaju otupjelo emocionalno stanje nakon pojave simptoma. Stručnjaci vjeruju da bi to moglo biti zbog povećane razine neurotransmitera odgovornih za ublažavanje boli. Učinci PTSP-a na mozak također mogu uključivati smanjenu sposobnost korištenja neurotransmitera serotonina, koji je općenito odgovoran za osjećaj dobrobiti. To bi moglo objasniti zašto depresivni osjećaji često prate PTSP.
Hipokampus, koji je obično odgovoran za obradu i pohranu sjećanja, također može pretrpjeti promjene zbog učinaka PTSP-a na mozak. Stručnjaci su otkrili da mnogi ljudi sa simptomima PTSP-a imaju hipokampus manji od normalnog. Jedna teorija kaže da bi hipokampus zapravo mogao smanjiti veličinu tijekom stresnih događaja, zbog oštećenja uzrokovanog hormonom stresa kortizolom. Druga teorija kaže da je netko tko razvije PTSP možda imao neobično mali hipokampus za početak.
Osobe s PTSP-om često imaju problema s prikupljanjem svojih misli i izražavanjem. Učinci PTSP-a na mozak mogu uključivati oštećenje prefrontalnog režnja, područja mozga koje obično regulira govor i samoizražavanje. Povišene razine noradrenalina u mozgu mogu objasniti pojavu intenzivnih, fizičkih reakcija zaprepaštenja kod oboljelih od PTSP-a, budući da ovaj neurotransmiter obično inducira reakcije “bori se ili bježi” na stresne situacije.