多巴胺是大腦中含量最豐富的兒茶酚胺神經遞質。多巴胺作為壹種神經遞質，調節著中樞神經系統的許多生理功能。多巴胺系統失調涉及帕金森病、精神分裂癥、抽動穢語綜合征、註意缺陷多動綜合征和垂體瘤。
多巴胺是壹種神經遞質，壹種用於幫助細胞傳遞脈沖的化學物質。這種大腦分泌與人的情欲和感情有關，它傳遞著興奮和快樂的信息。此外，多巴胺還與各種成癮行為有關。阿爾維德·卡爾松確定多巴胺是大腦中的信息傳遞者，這使他獲得了2000年諾貝爾醫學獎。
運動:多巴胺在運動控制中起著重要的作用。帕金森病是由多巴胺能神經元變性引起的多巴胺嚴重減少引起的。多巴胺拮抗劑和激動劑的應用研究表明，多巴胺受體在運動控制中起重要作用，如大鼠的向前、向後、強直、吸氣和梳理功能。
通常激動劑改善多巴胺的運動功能，而拮抗劑則有相反的效果。已經證實D1和D2受體在決定向前運動中有相互促進的作用。
大腦老化:認知功能會隨著年齡的增長而下降這壹事實已經在人類和靈長類動物身上得到了很好的證明。
近年來，壹些研究提供了直接證據，證明多巴胺功能下降、認知功能下降與大腦衰老之間存在明顯的相關性。對同齡誌願者的對比研究表明，多巴胺水平與認知功能呈正相關，與年齡呈負相關。
學習記憶:壹般認為中腦邊緣區的多巴胺系統和中腦皮層的多巴胺系統在學習記憶中起作用。有報道稱，猴A10區多巴胺能神經元參與了學習基本註意和動機過程中沖動活動的瞬態變化。D1和D2受體可以調節多巴胺在學習和記憶中的作用。
合成與儲存:酪氨酸由膳食蛋白質提供，或由肝臟苯丙氨酸羥化酶由苯丙氨酸轉化而來，通過氨基酸轉運蛋白進入大腦，由細胞質酪氨酸羥化酶轉化為二氫苯丙氨酸(左旋多巴)，再由芳香族氨基酸脫羧酶轉化為多巴胺。胞質多巴胺轉運至囊泡，囊泡內多巴胺濃度為0.1M。
釋放:當動作電位達到時，膜蛋白結構發生變化，允許Ca2+流入，囊泡與神經末梢或樹突融合，通過胞吐作用將多巴胺釋放到突觸間隙。
多巴胺的釋放有兩種方式:壹種是間歇性釋放，即動作電位達到時多巴胺暫時釋放，然後迅速回到神經元；壹種是緩釋，即低水平緩釋多巴胺。此時多巴胺水平不足以刺激突觸後膜的多巴胺受體，只能刺激突觸前膜的多巴胺受體，抑制間歇性釋放。
恢復和代謝:神經末梢通過轉運蛋白或膜內外的濃度差將多巴胺接收回神經末梢進行再利用。膠質細胞和非多巴胺神經元也在壹定程度上恢復和代謝多巴胺。代謝酶包括單胺氧化酶、兒茶酚胺甲基轉移酶和乙醛脫氫酶。