受到最廣泛研究的神經遞質是5-羥色胺，它是一種能產生愉悅情緒的信使，幾乎影響到大腦活動的每一個方面：從調節情緒、精力、記憶力到塑造人生觀。抗抑郁藥如鹽酸氟西汀就是通過提高腦內5-羥色胺水平而起作用的（但是科學家們已認識到事情遠沒有這么簡單，問題有時不僅僅出在神經遞質缺乏上。新的研究著眼于神經細胞的接收裝置─樹突上的受體，考慮它們的數量及敏感程度是否足以正常結合并處理神經遞質。如果受體沒有足夠的活性，信息將無法傳遞下去，那么不論大腦中有多少游離的神經遞質都是徒勞的。受體缺陷能導致諸多的麻煩）。5-羥色胺水平較低的人群更容易發生抑郁、沖動行為、酗酒、自殺、攻擊及暴力行為。科學家們甚至通過改變實驗動物腦內5-羥色胺的水平使他們更具有攻擊性。
有趣的是，女性大腦合成5-羥色胺的速率僅是男性的一半，這點可能有助于解釋為何婦女更容易患抑郁癥。隨著年齡的增長，5-羥色胺作用通路的工作效率會出現下降，因為活化5-羥色胺的受體減少了。據一項研究顯示，60歲與30歲的人相比，大腦中5-羥色胺特異受體的數目已減少了60%。由于5-羥色胺的效力下降，隨年齡增長患抑郁癥的可能性增加。
對伴抑郁的酒精使用障礙患者，SSRIs能改善焦慮和抑郁，直接減少酒精吸收達15%—20%，但某些患者服SSRIs反而增加飲酒行為。對不伴抑郁的酒精使用障礙患者，SSRIs的研究結果混亂。當SSRIs治療酒精依賴患者時，能加重SSRIs的胃腸不良反應。減少患者對酒的渴求程度，減少飲酒量。
另外，5-羥色胺還能增強記憶力，并能保護神經元免受“興奮神經毒素”的損害。因此充足的5-羥色胺確實能在老化過程中防止腦損害發生。
除此之外，曾在醫學物理實驗中，血清素在旁效應中體現了一定的致死細胞的作用。