Las catecolaminas son sustancias que funcionan como neurotransmisores en el cerebro y como hormonas en el resto del cuerpo. En su papel como neurotransmisores participan en el envío de señales electroquímicas entre neuronas. Las tres principales catecolaminas son la dopamina, la noradrenalina y la adrenalina. En TDAH, se ha observado un déficit, fundamentalmente asociado a dopamina y noradrenalina, en áreas como el córtex prefrontal, el cuerpo calloso y los ganglios basales, lo que se ha relacionado con los síntomas nucleares del trastorno. En este sentido, de forma general, se ha vinculado la dopamina con las funciones ejecutivas de tipo cognitivo y afectivo, y en relación a los circuitos de recompensa. La noradrenalina se ha asociado con la atención, el interés y la motivación. Añadido a esto, la serotonina se ha asociado con la impulsividad y la regulación de los estados de ánimo y, con todo ello, se ha determinado que estos neurotransmisores tienen un papel notorio en la sintomatología del TDAH.
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