Razmerje med sertralinom in dopaminom je v edinstvenem delovanju, ki ga ima selektivni zaviralec ponovnega privzema serotonina (SSRI) na dopaminsko pot. Sertralin ima sposobnost delnega blokiranja črpalk za ponovni privzem dopamina. Ko se dopaminske črpalke blokirajo, ostane več dopamina, da kroži v sinaptični razcepi, kar vodi do povečane nevrotransmisije in delovanja. Ti dve snovi v psihiatriji pogosto razmišljamo skupaj, ker je sertralin edini znani SSRI, ki pomembno vpliva na pot dopamina. Ta dodatna sposobnost interakcije z dopaminom naj bi bila odgovorna za učinkovitost zdravila in edinstven učinek na depresijo in druge duševne bolezni.
Poti sertralina in dopamina se križajo v številnih različnih predelih možganov, kar sproži skupne motivacijske in energijske učinke zdravila na bolnika. Medtem ko se receptorji za serotonin, tarčni nevrotransmiter za večino antidepresivov, nahajajo v izobilju v možganih, se večina dopaminskih receptorjev nahaja na posebnih območjih blizu možganskega debla. Eno področje, kjer se nahajajo receptorji, je mezolimbična pot, za katero je znano, da je zelo pomembna za izkušnjo užitka, veselja in nagrade ter tudi za ustrezno motivacijo za dokončanje vsakodnevnih aktivnosti. Domneva se, da dopaminsko delovanje, ki ga spodbuja sertralin na tem področju, prispeva k njegovemu pozitivnemu učinku na depresijo, anksioznost in številne sorodne motnje. Specifičnost dopaminsko aktivnih področij možganov je privedla do tega, da so sertralin in afiniteto dopamina preučevali tisti, ki so izdelali nov razred antidepresivov.
Poti sertralina in dopamina se križajo tudi na območju, imenovanem nigrostriatalna pot. Tu lahko povečan dopamin v sinaptični razcepi pomaga bolniku pri učinkovitejšem načrtovanju, zmanjšanju anksioznosti, povečana aktivnost dopamina pa poveča kognicijo, kar lahko povzroči, da bolnik doživi večji občutek izpolnjenosti in zanimanja za življenjske dejavnosti. Interakcija med tema dvema snovmama je vidna tudi v talamusu, območju, ki je pomembno za prenos informacij po celem telesu. V luči te raziskave je zdravnikom postalo lažje razumeti vlogo, ki jo ima disregulacija dopamina pri duševnih boleznih, kot sta shizofrenija in motnja pomanjkanja pozornosti, bolezni, pri katerih je nemoten prenos informacij onemogočen.
Anhedonijo, resen simptom depresije, za katerega je značilna absolutna nezmožnost občutenja užitka, je v nekaterih primerih mogoče ublažiti z zdravili, ki povečajo razpoložljivost dopamina. Dobro raziskana povezava med sertralinom in dopaminom je privedla do uspeha pri uporabi SSRI za neoznačene uporabe, na primer za zdravljenje generalizirane anksiozne motnje (GAD). Povezava sertralina in dopamina je pripeljala do tega, da so številni kliniki na tem področju prepoznali verjetnost, da serotonin ni edini odgovoren za bolezni, kot sta velika depresivna in bipolarna motnja.