Si les causes définitives n'ont pas encore été élucidées, on sait maintenant, en particulier grâce aux techniques d'imagerie cérébrale, que le TDAH est la conséquence du mauvais fonctionnement de certaines zones cérébrales.
Deux zones sont particulièrement impliquées. La première est le lobe frontal, responsable de fonctions supérieures, comme l'inhibition, la planification et la modulation des réponses. Ces trois fonctions sont déficientes dans le TDAH.
La deuxième zone est située dans les profondeurs du cerveau. Elle comprend toute une série de structures complexes, dont une appelée le striatum. Le TDAH serait le résultat d'une mauvaise "communication" entre ces structures, ce qui empêcherait l'inhibition des réponses et des réactions générées par notre cerveau. On sait par ailleurs que des patients ayant subi un traumatisme dans une de ces structures peuvent développer (de novo) un TDAH.
Pour que l'information circule dans notre cerveau, nous disposons de minuscules messagers, les neurotransmetteurs. Dans le TDAH, deux neurotransmetteurs sont impliqués. La dopamine semble être le plus important. Le système "dopaminergique" est impliqué dans les processus de motivation et de renforcement. La noradrénaline est également essentielle. Ce neurotransmetteur joue un rôle dans les processus d'apprentissage, de mémoire et de vigilance. Dans le TDAH, on a pu mettre en évidence un déséquilibre de production de la noradrénaline, en particulier au niveau du lobe frontal.
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