Pagrindinė romantiškos meilės cheminė medžiaga yra neurotransmiteris oksitocinas. Oksitocinas išsiskiria abiejų lyčių orgazmo metu, bet ir gimdymo metu arba moterims stimuliuojant spenelius. Tai padeda atlikti raumenų susitraukimų biologines funkcijas gimdymo ar žindymo laikotarpiu žindymo laikotarpiu.
Eksperimentai su prerijų pelėnais parodė, kad pašalinus oksitocino geną, ši tradiciškai monogamiška rūšis visiškai praranda polinkį susieti porą. Mokslininkai tvirtai spėja, kad tas pats nutiktų ir žmonėms, jei oksitocinas būtų užblokuotas. Romantiška meilė gali priklausyti tik nuo vienos smegenų cheminės medžiagos.
Vyrams taip pat yra vazopresino, kuris atlieka panašų vaidmenį kaip oksitocinas. Manoma, kad oksitocino išsiskyrimo laikotarpis yra stipriausias per pirmuosius 18 romantiškos meilės mėnesių, o vėliau praeina, nors niekada visiškai neišnyksta. Kartais oksitocinas įnoringai vadinamas „apkabinimo hormonu“.
Be meilės, oksitocinas taip pat yra susijęs su socialiniais ryšiais ir pasitikėjimu apskritai. Sintetinis oksitocinas yra prieinamas, o kai kurie mokslininkai teigė, kad tai gali būti „socialinė Viagra“, o iš tikrųjų eksperimentai parodė, kad žmonės labiau pasitiki, kai yra veikiami per nosį vartojamo oksitocino. Kadangi tai susiję ir su pasitikėjimu, ir su meile, kai kurie mokslininkai įspėjo, kad jis gali būti naudojamas kaip vaistas nuo išprievartavimo. Kaip ir kiti neurotransmiteriai, oksitocinas gali būti laikomas „natūraliu vaistu“ – smegenyse išsiskiriančia medžiaga, dėl kurios mes elgiamės skirtingai, tačiau yra visuotinai priimtas žmonių visuomenėje, nes egzistuoja jau milijonus metų.
Oksitocinas taip pat skatina patelių elgesį labiau panašų į motiną. Tai daugiausia buvo pastebėta žiurkėms, tačiau įtariama, kad psichocheminis atsakas žmonėms yra toks pat. Skirtumas tarp žmogaus, kuris laikomas jūsų romantiškos meilės „tipu“, ir to, kuris toks nėra, tikriausiai yra tas, kad vieno žmogaus buvimas sukelia oksitocino išsiskyrimą, o vieno – ne. Tai yra neurocheminis romantiškos meilės pagrindas.
Dopaminas, neuromediatorius, sukeliantis malonumą apskritai, taip pat vaidina svarbų vaidmenį romantiškoje meilėje ir yra atpalaiduojamas nuo aplinkos veiksnių, nuo gero pokalbio iki bučinio į lūpas.