（三）神经化学
多种神经递质系统参与PG的病理生理学，特定的神经递质可能与PG的不同方面有关。基于对PG和其他疾病的研究，多巴胺与奖赏、强化及执行功能相关；去甲肾上腺被认为与觉醒和兴奋相关：5-羟色胺与冲动控制相关；阿片与欣快或者决策有关；谷氨酸与奖赏调节以及强迫行为和认知功能包括认知灵活性有关；大麻素与奖赏有关。
1.多巴胺系统
中脑边缘多巴胺系统（dopamine）是参与奖赏相关的关键性环路。多巴胺是形成动机和产生欣快感的重要神经递质，多巴胺通路可能是引起多巴胺释放和产生欣快感觉的奖赏机制的基础。因此，研究PG一直以多巴胺传递作为逻辑起点。
多巴胺在PG中的确切作用仍存争议。分子遗传学研究发现多巴胺系统包括D1、D2、D3受体基因的多态性与PG具有相关性。对Parkinson病（PD）患者的研究提示了DA在PG中的作用：PD患者在接受DA受体激动剂治疗时，PG的发病率明显增高；此外，精神活性物质安非他明能够增强PG患者的赌博欲望。这说明多巴胺类物质可能是PG的病理生理基础。采用放射性配体PET研究定量患者脑内的DA传递是最为直接的方法。药物成瘾者的研究显示慢性药物摄入与纹状体内的D2受体下调相关。然而，多项研究证明PG患者纹状体内的D2/D3受体可用度与健康对照组没有显著差异。但有某些研究也确实观察到了个体差异，比如多巴胺受体水平的降低与情绪相关的冲动和赌博严重程度相关。
2.去甲肾上腺素系统
去甲肾上腺素（norepinephrine，NE）参与认知过程，特别是注意和觉醒，去甲肾上腺素能神经元兴奋可能产生精神亢奋及欣快情绪；该系统活动增强时，可出现一系列躁狂症状，减弱则会导致抑郁症状。鉴于NE作为神经递质所产生的这些作用与PG患者的表现相似，研究者也对此神经递质作了相关检测。PG患者中枢NE活性升高，尿液、血液、脑脊液中NE及其代谢产物升高，并且NE的功能与Eysenck人格问卷积分显著相关，由此推测NE系统功能紊乱可能与PG患者的人格问题有关。此外，赌博成瘾者的NE在整个赌博过程中都保持高水平，而对照组仅在赌博开始时水平升高。这些都提示NE与PG的病因学有关。
除此之外，NE活性影响前额叶皮层功能和后叶的注意网络，通过肾上腺素能机制发挥作用的药物［如NE再摄取抑制剂托莫西汀（atomoxetine），α2肾上腺素能激动剂可乐定和胍法辛］在治疗注意缺陷障碍和其他精神疾病中有效。在动物和人的研究中发现肾上腺素能药物影响特定方面的冲动控制，选择性抑制NE再摄取可以产生过早反应，这些都提示了肾上腺素能在PG中的功能。
3.5-羟色胺系统(https://www.daowen.com)
5-羟色胺（5-hydroxytryptamine，5-HT）参与唤醒、情绪、动机、决策，行为控制以及行为抑制，其功能可能与调节PG患者的行为抑制和冲动性有关。
5-HT转运体，2A受体基因的多态性都与赌博成瘾相关。PG者5-HT的突触活动减弱，突触后5-HT受体超敏化，5-HT可用度减少，并且其代谢酶即血清激素系统的指标——血小板单胺氧化酶的活性减弱，这些采用药理学方法干预的研究得出的结果都支持5-HT在PG中发挥了作用。PG患者的脑脊液中5-HT其前体色氨酸，代谢产物5-羟吲哚乙酸（5-hydroxyindoleacetic acid，5-HIAA）含量要低于正常对照组。
4.阿片肽系统
阿片受体广泛分布于边缘中脑系统，参与欣快和奖赏过程。阿片功能能够影响从中脑腹侧被盖区（ventral tegmental area，VTA）到伏隔核（nucleus accumbens，NAc）/腹侧纹状体（ventral striatum，VS）的中脑边缘通路的神经传递。根据内源性阿片肽的药理分析特点，将阿片受体分为μ、δ和k受体。激活μ和δ受体是奖赏性的，激活k受体则产生负性情绪状态，是厌恶性的，两种相反的动机效应分别通过增加或者减少NAc内的DA释放。μ和δ受体促进DA释放的机制是通过作用于VTA区的GABA能神经元，抑制DA的神经传递来实现的。
采用μ阿片受体放射性配体PET方法发现，PG患者基础状态的μ阿片受体可用度与正常对照组没有差异，但是口服安非他命刺激后内源性阿片释放减少了，说明PG患者阿片系统失调节。而临床研究发现阿片受体拮抗剂纳洛酮和纳美芬治疗PG有效也说明阿片受体参与PG的形成。
5.谷氨酸系统
谷氨酸是中枢神经系统内最主要的兴奋性神经递质。谷氨酸参与学习记忆，可能激活多种类型的谷氨酸受体，包括表达在奖赏环路内的N-甲基-D-天冬氨酸受体（N-methyl-D-aspartic acid receptor，NMDA）。谷氨酸稳态即突触与非突触谷氨酸相对比例稳定，比例不平衡可能会抑制前额叶皮层对于边缘系统如伏核区的控制，造成奖赏寻求行为。赌博成瘾者脑脊液内NMDA受体的两种配体——谷氨酸和天冬氨酸浓度显著升高。谷氨酸可能参与皮层纹状体环路的长时程神经适应性变化，这可能是PG复发具有持久易感性的神经基础。皮层-纹状体-丘脑-皮层环路内的谷氨酸调节也是强迫行为产生的主要机制。
此外，内源性大麻素系统也在奖赏、决策以及冲动中发挥重要作用，因此也被认为与PG密切相关。