Nustatyta, kad neurotransmiteriai ir ADHD yra susiję, nes daugumai vaikų, kuriems diagnozuotas dėmesio stokos ir hiperaktyvumo sutrikimas, pasireiškia klinikiniai neuromediatorių disbalanso ir disfunkcijos simptomai. Tam tikri įprasti neurotransmiteriai ir ADHD yra susiję tuo, kad yra hipotezė, kad yra neuromediatorių gamybos, transportavimo ir reabsorbcijos mechanizmų anomalijos, kurios kartais lengvai pastebimos atliekant ADHD pacientų smegenų vaizdavimą. Neurotransmiteriai dopaminas, norepinefrinas ir serotoninas yra labiausiai ištirti ir dažniausiai skirti ADHD gydymui. Pavyzdžiui, manoma, kad mažas dopamino kiekis yra daugelio pirminių sutrikimo simptomų priežastis ir yra gydomas stimuliuojančiais vaistais, kurie padeda organizmui efektyviau gaminti, transportuoti ir metabolizuoti neuromediatorių. Norepinefrinas ir serotoninas yra naujesni priedai hipotezėje ADHD etiologijoje; Gydymui taip pat naudojami vaistai, nukreipti į šiuos neuromediatorius.
Be to, neurotransmiteriai ir ADHD yra susiję tuo, kad tam tikros neurotransmiterių genų mutacijos gali lemti ADHD diagnozės pogrupius. Tyrimai rodo, kad pacientai, kuriems vyrauja nedėmesinga sutrikimo forma, turi norepinefrino transporterio geno anomalijų, o tiems, kurie turi daugiau hiperaktyvių simptomų, yra nukrypimų nuo dopamino transportavimo geno. Vanderbilto universiteto tyrimų centras praneša, kad anomalijų gali būti ir smegenų cholino transportavimo sistemoje, kuri vaidina svarbų vaidmenį neuronų komunikacijoje, veikdama panašiai kaip ir dopaminas, ir norepinefrinas. Šis tyrimas rodo, kad naujesni, tikslingesni ADHD vaistai gali būti horizonte. Genetiniai tyrimai gali tapti neįkainojama priemone nustatant, kurio gydymo metodo imtis pirmiausia; privalumas, kuris ypač vertinamas, kai mažiems vaikams skiriami stiprūs psichoaktyvūs vaistai.
Duke universiteto mokslininkai toliau tyrė ryšį tarp neuromediatorių ir ADHD. Tyrėjai padarė išvadą, kad Ritalinas, vaistas, dažnai naudojamas kaip pirmoji gynybos linija gydant ADHD, stipriai veikia serotonino receptorius, be dopamino receptorių vietų. Tolesni tyrimai parodė, kad gydymas tam tikrais serotogeniniais preparatais, tokiais kaip selektyvūs serotonino reabsorbcijos inhibitoriai (SSRIS), gali padėti sumažinti kai kurių pacientų hiperaktyvumą. Be to, mažas serotonino kiekis yra susijęs su agresyvumu ir susijaudinimu – abu simptomai kai kuriais ADHD atvejais. Serotoniną tarpininkauja 15 atskirų receptorių smegenyse, tačiau tikslingas serotogeninis gydymas tampa iššūkiu.
Kiti neurotransmiteriai ir ADHD rodo požymių, kad jie gali būti koreliuojami. Feniletlaminas (PEA), 2001 m. identifikuotas kaip neurotransmiteris, padidina smegenų aktyvumą ir budrumą. Dėl šios priežasties mokslininkai mano, kad PEA yra susijęs su kai kuriais ADHD atvejais. Be to, dopaminas ir PEA yra glaudžiai susiję chemine struktūra, todėl hipotezė tampa patikimesnė.