Neurotransmitterien ja ADHD: n on osoitettu liittyvän toisiinsa, koska useimmilla lapsilla, joilla on diagnosoitu tarkkaavaisuus- ja yliaktiivisuushäiriö, esiintyy välittäjäaineiden epätasapainon ja toimintahäiriöiden kliinisiä oireita. Tietyt yleiset välittäjäaineet ja ADHD liittyvät toisiinsa siinä, että välittäjäaineen tuotanto-, kuljetus- ja takaisinoton mekanismeissa esiintyvien epämuodostumien oletetaan olevan läsnä ja ne näkyvät joskus helposti ADHD -potilaiden aivokuvantamisessa. Välittäjäaineet dopamiini, norepinefriini ja serotoniini ovat parhaiten tutkittuja ja yleisimmin kohdennettuja ADHD-hoidossa. Esimerkiksi alhaisen dopamiinin uskotaan olevan syy moniin häiriön ensisijaisiin oireisiin, ja sitä hoidetaan stimulanttityyppisillä lääkkeillä, jotka auttavat kehoa tuottamaan, kuljettamaan ja metaboloimaan hermovälittäjäainetta tehokkaammin. Norepinefriini ja serotoniini ovat uudempia lisäyksiä ADHD: n oletettuun etiologiaan; lääkkeitä, jotka kohdistuvat näihin välittäjäaineisiin, käytetään myös hoidossa.
Lisäksi välittäjäaineet ja ADHD liittyvät toisiinsa siinä mielessä, että tietyt välittäjäainegeenimutaatiot voivat olla osa ADHD -diagnoosin alaryhmiä. Tutkimukset viittaavat siihen, että potilailla, joilla on häiriön pääasiallisesti huomaamaton muoto, on poikkeavuuksia norepinefriinin kuljettajageenissä, kun taas niillä, joilla on enemmän hyperaktiivisia oireita, on epänormaaleja dopamiinin kuljetusgeenissä. Vanderbiltin yliopiston tutkimuskeskus raportoi, että poikkeavuuksia voi esiintyä myös aivojen koliinikuljetusjärjestelmässä, jolla on merkittävä osa hermosolujen kommunikaatiossa ja jonka vaikutus on verrattavissa sekä dopamiiniin että noradrenaliiniin. Tämä tutkimus osoittaa, että uusia, kohdennetumpia ADHD -lääkkeitä voi olla horisontissa. Geneettinen testaus voi olla korvaamaton työkalu määritettäessä, mitä lääkitysmenetelmää käytetään ensin; etu, jota arvostetaan erityisesti silloin, kun pienille lapsille määrätään voimakkaita psykoaktiivisia lääkkeitä.
Duke -yliopiston tutkijat tutkivat edelleen välittäjäaineiden ja ADHD: n välistä suhdetta. Tutkijat päättivät, että Ritalin, lääke, jota usein käytetään ADHD -hoidon ensilinjan puolustuksena, vaikuttaa perusteellisesti serotoniinireseptorikohtiin dopamiinireseptorikohtien lisäksi. Lisätutkimukset osoittivat, että hoito tietyillä serotoksisilla aineilla, kuten selektiivisillä serotoniinin takaisinoton estäjillä (SSRIS), voi auttaa vähentämään yliaktiivisuutta joillakin potilailla. Lisäksi alhaiset serotoniinitasot liittyvät aggressiivisuuteen ja levottomuuteen, molemmat oireet joissakin ADHD -tapauksissa. Serotoniinia välittää 15 erillistä reseptoria aivoissa, mutta se tekee kohdennetusta serotogeenisestä hoidosta haastavaa.
Muilla välittäjäaineilla ja ADHD: llä on merkkejä siitä, että ne saattavat olla korreloivia. Fenyylietyyliamiini (PEA), joka tunnistettiin välittäjäaineeksi vuonna 2001, lisää aktiivisuutta ja valppautta aivoissa. Tästä syystä tutkijat katsovat, että PEA on joissakin ADHD -tapauksissa. Lisäksi dopamiini ja PEA liittyvät läheisesti toisiinsa kemiallisessa rakenteessa, mikä lisää hypoteesin uskottavuutta.