Sertraliinin ja dopamiinin välinen suhde on selektiivisen serotoniinin takaisinoton estäjän (SSRI) ainutlaatuisessa toiminnassa dopamiinireitillä. Sertraliinilla on kyky estää osittain dopamiinin takaisinoton pumput. Kun dopamiinipumput tukkeutuvat, lisää dopamiinia jätetään kiertämään synaptiseen halkeamaan, mikä lisää neurotransmissiota ja toimintaa. Näitä kahta ainetta ajatellaan usein yhdessä psykiatriassa, koska sertraliini on ainoa tunnettu SSRI, jolla on merkittävä vaikutus dopamiinireittiin. Tämän lisäkyvyn olla vuorovaikutuksessa dopamiinin kanssa uskotaan selittävän lääkkeen tehokkuuden ja ainutlaatuisen vaikutuksen masennukseen ja muihin mielisairauksiin.
Sertraliini- ja dopamiinireitit kulkevat useilla eri aivoalueilla, mikä käynnistää lääkkeen yhteiset motivoivat ja energiset vaikutukset potilaaseen. Vaikka useimpien masennuslääkkeiden kohde -välittäjäaine serotoniinin reseptoreita löytyy runsaasti koko aivoista, suurin osa dopamiinireseptoreista sijaitsee tietyillä alueilla lähellä aivorunkoa. Yksi alue, josta reseptorit löytyvät, on mesolimbinen reitti, jonka tiedetään olevan merkittävässä mielessä nautinnon, ilon ja palkkion kokemiseen ja myös riittävään motivaatioon suorittaa päivittäiset toimet. Sertraliinin tällä alalla aiheuttaman dopamiinivaikutuksen uskotaan edistävän sen positiivista vaikutusta masennukseen, ahdistukseen ja moniin siihen liittyviin häiriöihin. Aivojen dopamiiniaktiivisten alueiden spesifisyys on johtanut siihen, että sertraliini- ja dopamiiniaffiniteettia tutkivat uudet masennuslääkeryhmät.
Sertraliinin ja dopamiinin polut risteytyvät myös nigrostriataalisen reitin alueella. Täällä lisääntynyt dopamiini synaptisessa halkeamassa voi auttaa potilasta suunnittelemaan tehokkaammin, vähentäen ahdistusta ja lisääntynyt dopamiiniaktiivisuus lisää kognitiota, mikä voi johtaa siihen, että potilas kokee paremman täyttymyksen tunteen ja kiinnostuksen elämän aktiviteetteihin. Näiden kahden aineen vuorovaikutus näkyy myös talamuksessa, alueella, joka on tärkeä tiedonsiirrolle koko kehossa. Tämän tutkimuksen valossa lääkäreiden on helpompi ymmärtää dopamiinin toimintahäiriön rooli mielisairauksissa, kuten skitsofreniassa ja tarkkaavaisuushäiriössä, sairauksissa, joissa sujuva tiedonsiirto estyy.
Anhedonia, vakava masennuksen oire, jolle on ominaista ehdoton kyvyttömyys tuntea nautintoa, voidaan joissakin tapauksissa lievittää lääkkeillä, jotka lisäävät dopamiinin saatavuutta. Hyvin tutkittu yhteys sertraliinin ja dopamiinin välillä on johtanut menestykseen SSRI: n käyttämisessä off-label-käyttöihin, kuten yleistyneen ahdistuneisuushäiriön (GAD) hoitoon. Sertraliinin ja dopamiinin yhteys on saanut monet alan lääkärit tunnistamaan todennäköisyyden, että serotoniini ei ole yksin vastuussa sairauksista, kuten vakavasta masennuksesta ja kaksisuuntaisesta mielialahäiriöstä.