Savukkeiden tupakka sisältää yhdisteitä, joiden tiedetään aiheuttavan toiminnallisia ja rakenteellisia muutoksia aivoihin, jolloin tupakointi aiheuttaa riippuvuutta. Kun joku tupakoi, aivokemia muuttuu perusteellisesti ja tupakoinnista tulee tapana muodostua toistuvien istuntojen aikana, kun aivot sopeutuvat kemian muutoksiin. Tupakoinnin lopettaminen voi olla haastavaa, koska kehosta kehittyy riippuvuus tupakan kemikaaleista ja potilas kokee vieroitusoireita, kun aivot yrittävät sopeutua.
Nikotiini, tupakasta löytyvä yhdiste, joka jäljittelee välittäjäaineasetyylikoliinin toimintaa kehossa, on avain, joka tekee tupakoinnista riippuvuutta aiheuttavan. Kun nikotiini pääsee aivoihin, se sitoutuu asetyylikoliinireseptoreihin ja ihmiset kokevat neurologisten vasteiden sarjaa, mukaan lukien lisääntynyt valppaus ja keskittyminen. Ajan myötä säännöllinen tupakointi saa aivot ajattelemaan, että asetyylikoliinipitoisuudet ovat epätavallisen korkeita, ja se lisää vasteena tämän välittäjäaineen reseptoreita.
Lisääntynyt reseptorimäärä vähentää herkkyyttä asetyylikoliinille ja nikotiinille, koska saman vasteen saamiseksi tarvitaan enemmän. Tämä voi kannustaa ihmisiä tupakoimaan enemmän, mikä saa aivot reagoimaan lisäämällä reseptoreita ja luomalla loputtoman syklin, joka selittää tupakoinnin riippuvuuden. Kun ihmiset lopettavat tupakoinnin, heillä on enemmän asetyylikoliinireseptoreita, mutta näitä reseptoreita ei stimuloida. Potilas kokee vieroituksen, kun aivot selviytyvät kehon normaalista asetyylikoliinipitoisuudesta.
Neurologit ovat tutkineet tupakoinnin vaikutusta aivoihin laajasti saadakseen lisätietoja siitä, mikä tekee tupakoinnista riippuvuutta aiheuttavan ja miten tupakointi muuttaa aivojen toimintaa ja rakennetta pitkällä aikavälillä. Tupakkayhtiöt ovat tukahduttaneet joitakin näistä tutkimuksista, jotka ovat huolissaan vaikutuksista myyntiin, joita terveysvaikutusten, mukaan lukien riippuvuuden, julkistamisella voisi olla. Kun lopulta julkaistiin tutkimuksia, joissa kerrottiin yleisölle, että tupakointi on riippuvuutta aiheuttava, yleisön reaktio oli räjähtävä joillakin maailman alueilla.
Tupakointi ei ole vain riippuvuutta aiheuttava, vaan se näyttää myös olevan yksi vahvimmista riippuvuutta aiheuttavista aineista, joita ihmiset käyttävät. Ihmiset, jotka ovat kokeneet riippuvuutta useista aineista, ovat huomanneet, että tupakkatuotteet ovat vaikeimpia lopettaa. Koska tupakointi on riippuvuutta aiheuttavaa ja sitä on vaikea lopettaa, monet julkiset tiedotusohjelmat keskittyvät ensisijaisesti estämään ihmisiä ottamasta käyttöön tupakointitottumuksia. Tavoitteena on vähentää tupakointiin liittyvien sairauksien esiintyvyyttä väestössä. Tupakoinnin ja useiden vakavien lääketieteellisten komplikaatioiden, kuten syöpien ja sydän- ja verisuonitautien, välillä on selvä yhteys.