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In unserem Gehirn kommunizieren ca. 100 Mio. Nervenzellen miteinander. Nervenzellen sind untereinander über Synapsen verbunden, einem kleiner Spalt zwischen den einzelnen Nervenzellen. Innerhalb einer Nervenzelle wird die Information elektronisch weitergeleitet. Ein elektrischer Impuls kann aber nicht einfach über den Spalt zwischen zwei Nervenzellen hinwegspringen. Die Impulsübertragung von einer Nervenzelle zur anderen erfolgt daher chemisch über so genannte Neurotransmitter. Neurotransmitter sind Botenstoffe, die von einer Nervenzelle ausgeschüttet werden und sich dann bei der gegenüberliegenden Nervenzelle an für sie passende Rezeptoren binden können, ähnlich wie ein Schlüssel in ein bestimmtes Schloss passt. Wenn ein Neurotransmitter sich an einen passenden Rezeptor bindet, wird der Rezeptor aktiviert und kann seinerseits in der empfangenden Nervenzelle genau festgelegte Reaktionen auslösen.

Wenn eine Nervenzelle bei der Übertragung eines Impulses einen Neurotransmitter freisetzt, bleibt dieser Neurotransmitter nur sehr kurz in dem Spalt zwischen den beiden Nervenzellen, denn die Nervenzelle, die den Neurotransmitter ausgeschüttet hat, nimmt ihn so schnell wie möglich wieder auf, oder er wird mit Hilfe eines Enzyms namens Monoaminoxidase abgebaut.
Diese beiden Mechanismen – Wiederaufnahme oder enzymatischer Abbau des Neurotransmitters - sollen verhindern, dass der Neurotransmitter zu lange im synaptischen Spalt bleibt und die Empfängernervenzelle mehrmals erregt.

Bei Depressionen spielen die Neurotransmitter Serotonin und Noradrenalin eine wichtige Rolle. Man vermutet heute, dass bei depressiven Menschen zu wenig Serotonin und/oder Noradrenalin ausgeschüttet werden und deshalb die Verbindung zwischen den Nervenzellen und damit die reibungslose Informationsübertragung gestört ist.
Außerdem wird angenommen, dass das Gehirn versucht, den Mangel an Serotonin und Noradrenalin mit aller Kraft zu kompensieren, indem es die Neurotransmitter noch schneller in die ausschüttende Nervenzelle zurückpumpt. Dadurch wird die Noradrenalin- und Serotoninaktivität stark reduziert und die Nervenzellen „feuern“ zu wenig. Dies führt vermutlich zu dem klinischen Bild der Depression.

Antidepressiva hemmen je nach Typ entweder die Wiederaufnahme von Serotonin und/oder Noradrenalin in die Nervenzelle, die es ausgeschüttet hat, oder sie hemmen das Enzym, das Serotonin und Noradrenalin abbaut. Dadurch bleibt der Neurotransmitter länger im synaptischen Spalt und hat daher eine bessere Möglichkeit zu wirken. Das Gehirn „bemerkt“, dass der Mangelzustand behoben ist und reduziert deshalb mit der Zeit auch seine Kompensationsversuche, so dass der Stoffwechsel im Gehirn wieder in Balance kommt.
Daher wirken Antidepressiva nicht nur gegen die Depression, solange man sie einnimmt, sondern ermöglichen im Idealfall dem Gehirn auch sich langfristig zu erholen und sich selbst zu heilen.