在缺乏每種多巴胺受體亞型的特異配體之前, 廣泛應用原位雜交的方法來研究多巴胺受體 mRNAs 在腦內的分布。D1 和 D2 受體基因在腦內表達廣泛。D12R主要表達于尾殼核( CPu) ，伏隔核(Acb) , 視束(OT) ,腦皮層(Cx)和杏仁核，除此之外,D1 受體還在Calleja 島和下丘腦被探測到。 盡管在黑質致密部發現有 D1 配體與其結合,但沒有探測 mRNA 存在。這一結果提示:D12R在紋狀體合成后通過紋狀體黑質束轉運到黑質。D52R和D12R相比表達局限,僅在海馬,外側乳頭體核和下丘腦束旁核表達。D22R mRNA 主要在腦的CPu，OT和Acb中表達。在黑質和腹側被蓋部(VTA)也有表達,這些區域發出多巴胺纖維,提示著D22R有突觸前定位。相反,D1樣受體只有廣泛的突觸后定位。分析D2 樣受體的兩種亞型的 mRNA表明D2L 表達最為豐富。在腦外,D22R mRNA 還定位于視網膜,腎臟,血管系統和垂體。大鼠腦 D32R 的mRNA分布僅限于 Callija 島,隔核,下丘腦和丘腦,以及小腦中的某些區域。D32R還分布于黑質致密部,提示它也存在突觸前定位。在前額葉皮層,杏仁核,嗅球,海馬,丘腦和中腦可見 D42R 的 mRNA 高度表達。
應用多巴胺受體亞型特異抗體可對其在不同腦區進行細胞和亞細胞定位。D1 和D5 受體共同表達于前額葉皮層,運動前區,扣帶和內嗅皮層,海馬和齒狀回的錐體細胞。電子顯微鏡證實D1 和D5 受體存在于前額葉皮層,海馬的突觸前和突觸后,以突觸后分布更常見。超微結構分析發現:D1 和 D5 受體在人錐體細胞分布不同,D1 受體集中在樹突棘,D5 受體集中位于樹突軸。在嗅球,D1 受體限于內顆粒層和內從層；在杏仁核,其限于中介核和基底外側核。在尾狀核,D1 和D5 受體大多數位于中等大小的 GABA 能神經元。D5 受體也存在于大的膽堿能中間神經元。超微結構分析發現：D1受體存在于非對稱性突觸的突觸后樹突棘部, D1 和D5 受體位于多巴胺終端特征性小突觸的突觸后樹突上,以及突觸前D1 和D5 受體位于形成非對稱性突觸的軸突上。
已明確D1受體位于腳內核和黑質網狀部,這些區域并未檢測到D5受體。這一結果提示:如果 D1 和 D5 受體在尾狀核中等大小多棘神經元共存,只有D1受體被轉移到紋狀體靶區終端。盡管D1 和D5 受體有著相似的藥理學特性,但細胞和亞細胞定位不同提示它們在功能上可能不同。用特異抗體的免疫組化方法顯示:D2 受體存在于紋狀體中等多棘神經元,在棘突和棘頭的分布比胞體密集。與D1受體的共存非常罕見。
D2免疫反應終端形成的對稱性突觸多于非對稱性突觸。D2受體存在于黑質致密部的核周體和樹突,和其他紋狀體投射相比,更集中于蒼白球外段。D2受體免疫陽性反應還可在嗅球的顆粒層和內從層以及杏仁核見到。免疫組化和電子顯微鏡揭示了D4 受體存在于大腦皮層和海馬的錐體和非錐體神經元,它們已被證實是GABA能中間神經元。在大腦皮層和海馬,D4 受體調控 GABA的傳遞。D4受體也在蒼白球片段,黑質網狀部以及丘腦網狀核的GABA能神經元內被發現。