Atrodo, kad PTSD poveikis smegenims rodo, kad šio sutrikimo simptomams yra biologinis pagrindas. Mokslininkai mano, kad ekstremalios psichologinės traumos patirtis gali sukelti fizinius smegenų pokyčius. Tačiau gali būti, kad dėl įgimtų smegenų struktūros ir funkcijų skirtumų kai kurie žmonės tampa pažeidžiami PTSD. PTSD poveikis smegenims dažniausiai pasireiškia migdoliniame kūne – smegenų dalyje, kuri padeda kontroliuoti emocijas. Hippkampas, priekinė skiltis ir prefrontalinė žievė gali būti pažeisti dėl trauminių išgyvenimų, o kai kurie ekspertai mano, kad PTSD poveikis smegenims apima tam tikrų neuromediatorių, tokių kaip dopaminas, serotoninas ir noradrenalinas, pokyčius.
Vienas iš pagrindinių PTSD poveikių smegenims gali būti migdoliniame kūne. Kartu su prefrontaline žieve migdolinis kūnas paprastai yra atsakingas už emocijų kontrolę. Kai kuriems pacientams, sergantiems PTSD, migdolinis kūnas iš tikrųjų didėja, o tai gali reikšti, kad smegenyse yra per daug emocinės reakcijos. Smegenų neuromediatorių naudojimo būdo pokyčiai po traumos gali sukelti susilpnėjusią prefrontalinės žievės funkciją, kuri paprastai taip pat padeda kontroliuoti emocijas, ypač baimes. Ekspertai mano, kad potrauminiai prefrontalinės žievės funkcijos pokyčiai gali atsirasti dėl padidėjusio neurotransmiterio dopamino kiekio, kurį smegenys paprastai išskiria, kai reikia didelio budrumo ir atsargumo.
Daugelis pacientų, sergančių PTSD, po simptomų atsiradimo patiria sustingusią emocinę būseną. Ekspertai mano, kad tai gali būti dėl padidėjusio neurotransmiterių, atsakingų už skausmo malšinimą, kiekio. PTSD poveikis smegenims taip pat gali apimti sumažėjusį gebėjimą naudoti neuromediatorių serotoniną, kuris paprastai yra atsakingas už gerovės jausmą. Tai gali paaiškinti, kodėl depresijos jausmai dažnai lydi PTSD.
Hipokampas, kuris paprastai yra atsakingas už prisiminimų apdorojimą ir saugojimą, taip pat gali nukentėti dėl PTSD poveikio smegenims. Ekspertai nustatė, kad daugelio žmonių, turinčių PTSD simptomus, hipokampas yra mažesnis nei įprastas. Viena teorija teigia, kad dėl streso hormono kortizolio padarytos žalos hipokampas iš tikrųjų gali sumažėti stresinių įvykių metu. Kita teorija teigia, kad asmuo, kuriam išsivysto PTSD, iš pradžių galėjo turėti neįprastai mažą hipokampą.
Tie, kurie serga PTSD, dažnai patiria sunkumų rinkdami savo mintis ir reikšdami save. PTSD poveikis smegenims gali apimti priekinės skilties pažeidimą – smegenų sritį, kuri paprastai reguliuoja kalbą ir saviraišką. Padidėjęs noradrenalino kiekis smegenyse gali paaiškinti intensyvių fizinių siaubo reakcijų atsiradimą PTSD sergantiems pacientams, nes šis neuromediatorius paprastai sukelia „kovok arba bėk“ atsaką į stresines situacijas.