Pokazalo se je, da so nevrotransmiterji in ADHD povezani, ker ima večina otrok z diagnozo hiperaktivnostne motnje pomanjkanja pozornosti klinične simptome neravnovesja nevrotransmiterjev in disfunkcije. Nekateri pogosti nevrotransmiterji in ADHD so povezani s tem, da se domneva, da so anomalije znotraj mehanizmov proizvodnje, transporta in ponovnega privzema nevrotransmiterjev prisotne in so včasih zlahka vidne pri slikanju možganov bolnikov z ADHD. Nevrotransmiterji dopamin, norepinefrin in serotonin so najbolj dobro raziskani in najpogosteje usmerjeni pri zdravljenju ADHD. Nizek dopamin, na primer, naj bi bil vzrok za številne primarne simptome motnje in se zdravi z zdravili tipa stimulansov, ki pomagajo telesu, da učinkoviteje proizvaja, prenaša in presnavlja nevrotransmiter. Norepinefrin in serotonin sta novejša dodatka v domnevni etiologiji ADHD; pri zdravljenju se uporabljajo tudi zdravila, ki ciljajo na te nevrotransmiterje.
Poleg tega so nevrotransmiterji in ADHD povezani s tem, da lahko nekatere mutacije genov nevrotransmiterjev predstavljajo podskupine, ki jih opazimo v diagnozi ADHD. Raziskave kažejo, da imajo bolniki s pretežno nepazljivo obliko motnje anomalije na genu za prenašanje noradrenalina, medtem ko imajo tisti, ki imajo več hiperaktivnih simptomov, nepravilnosti na genu za transport dopamina. Vanderbilt University Research Center poroča, da so lahko nenormalnosti prisotne tudi v možganskem transportnem sistemu holina, ki igra pomembno vlogo pri nevronski komunikaciji, saj ima delovanje primerljivo z dopaminom in norepinefrinom. Ta raziskava kaže, da so morda na obzorju novejša, bolj usmerjena zdravila za ADHD. Genetsko testiranje lahko postane neprecenljivo orodje pri določanju, kateri pristop k zdravljenju je treba najprej uporabiti; prednost, ki je še posebej cenjena, ko majhnim otrokom predpisujejo močna psihoaktivna zdravila.
Razmerje med nevrotransmiterji in ADHD so dodatno preučili raziskovalci na univerzi Duke. Raziskovalci so ugotovili, da Ritalin, zdravilo, ki se pogosto uporablja kot prva linija obrambe pri zdravljenju ADHD, poleg dopaminskih receptorjev močno deluje na mesta receptorjev za serotonin. Nadaljnje testiranje je pokazalo, da lahko zdravljenje z nekaterimi serotogenimi sredstvi, kot so selektivni zaviralci ponovnega privzema serotonina (SSRIS), pomaga zmanjšati hiperaktivnost pri nekaterih bolnikih. Poleg tega so nizke ravni serotonina povezane z agresivnostjo in vznemirjenostjo, oba simptoma v nekaterih primerih ADHD. Serotonin posreduje 15 ločenih receptorjev v možganih, zaradi česar je ciljno serotogeno zdravljenje izziv.
Drugi nevrotransmiterji in ADHD kažejo znake, da so morda povezani. Feniletlamin (PEA), identificiran kot nevrotransmiter leta 2001, poveča aktivnost in budnost v možganih. Iz tega razloga raziskovalci menijo, da je PEA vpleten v nekatere primere ADHD. Poleg tega sta dopamin in PEA tesno povezana v kemični strukturi, kar daje hipotezi večjo verodostojnost.