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酒精依赖的神经递质基础及各种递质之间存在极其复杂的相互作用，递质的作用又受到合成、释放、酶解、再摄取、转运以及细胞第二信号系统等因素的影响。
多巴胺是儿茶酚胺合成过程中第一种神经活性物质，多巴胺在中脑内有两个主要神经核群，一个位于黑质，其纤维主要投射到纹状体，另一个核群位于中脑腹侧被盖区（ventral tegmental area，VTA）即多巴胺A 10 细胞所在地，其纤维主要向伏隔核、前额叶投射，后者可能是成瘾物质奖赏作用的共同通路，其中多巴胺起着允许或闸门作用。
多巴胺能神经细胞主要定位于中脑腹侧被盖区，纤维主要投射至纹状体。其中长纤维投射系统中的“愉快中枢”，是奖赏-强化系统的主要部分，在动物和人类的行为强化及药物依赖行为过程中起关键作用。酒精对DA系统有明显的兴奋作用。DA系统对饮酒行为也有影响，在动物实验中，给予DA受体激动剂，可以导致动物伏隔核和黑质DA水平下降，自发饮酒行为减少；给予DA受体拮抗剂，可导致边缘系统及皮层DA水平上升和自发饮酒行为增加。
酒精的强化作用是指在使用酒精后人和动物能产生与饮酒相关的行为反应。小剂量饮酒能使大鼠伏隔核多巴胺释放增多。多巴胺受体活性增加时，酒精的强化作用随之增强。海洛因、可卡因稳定自身给药的大鼠，在自身给药行为消退后VTA内注射吗啡、苯丙胺等均能恢复大鼠的自身给药行为，苯丙胺、可卡因均能增加多巴胺能神经元的传递。用立体定位技术向大鼠伏隔核微量注射多巴胺受体激动剂右旋苯丙胺时，大鼠渴求酒精的操作行为反应的总数增加，而阻断剂则使其操作行为的总数减少，且两者的反应模式都发生改变。多巴胺受体阻断剂能使大鼠在开始阶段对酒精渴求行为受到抑制，但是之后则不起作用。用神经毒6-羟多巴胺（6-hydroxydopamine）大部毁损大鼠中脑边缘系统多巴胺能神经元（伏隔核93%、嗅结节85%、杏仁体98%），发现只是反应的模式发生改变，而未显著影响操作行为反应的总数。研究中还发现了一个有趣的现象，6-羟多巴胺能阻断可卡因但不能阻断海洛因的自身给药行为。以上研究表明，中脑边缘系统的多巴胺在酒精的强化作用中起一定作用，但不是关键作用，且酒精的强化作用机制十分复杂，上述结果也提示，多巴胺在酒精的强化作用中的作用可能存在两种可能：
（1）除中脑边缘系统多巴胺神经元回路以外，另有神经回路介导酒精的强化作用，该回路即和中脑边缘系统多巴胺神经元相互联系、共同作用，也可能单独作用。
（2）边缘系统DA神经元大部损毁后，代偿机制增加，使其对酒精的强化效应得以维持，如：①增加未毁损神经元DA的释放；②突触后膜DA受体亲和力增加；③DA重吸收率降低。
电生理研究表明，酒精戒断时常伴有腹侧被盖核、伏隔核DA神经元活性降低，在酒精耐受和依赖阶段由于酒精能使VTA到伏隔核的多巴胺释放增多，而过多的多巴胺分泌可使神经元通过双侧突触分泌强啡肽，作用于VTA突触前神经元的κ阿片受体而抑制多巴胺的释放，起到多巴胺释放的开关作用，κ受体激动剂可产生厌恶反应，这种酒精慢性处理后强啡肽增加可能是多巴胺过度释放的代偿机制，与酒精戒断反应时焦虑的发生有关。
目前发现的多巴胺受体可分为5种亚型，即D 1 、D 2 、D 3 、D 4 、D 5 。酒精依赖与多巴胺受体功能改变密切相关，多巴胺受体功能改变包括两个方面，一受体数目增加或减少，二受体与多巴胺亲和力发生改变。多巴胺可激活腺苷酸环化酶，GTP则可调节多巴胺受体的结构状态。
Mobre发现，已形成慢性自身给药的猴子，其纹状体伏隔核处D 1 受体的密度提高。PCR技术发现在酒精中毒的早期，多巴胺D 2 受体基因表达增加。Cohen发现：大鼠低酒精浓度（2～3g/kg）所诱发的酒精强化效应可被D 1 受体拮抗剂Sch23390、D 2 受体拮抗剂氟哌啶醇（Haloperide）及D 366 受体拮抗剂泰必利（Tiapride）所阻断，而非选择性DA受体拮抗剂仅能使行为反应的频率减少。用D 2 /D 3 受体激动剂喹吡罗（Quinpirole）预先处理大鼠，也能使酒精诱导的行为频率减少。Bono也发现多巴胺受体部分激动剂特麦角脲（Terguride）和SO2208-911均能降低大鼠在酒精和水之间选择时酒精的摄入量。推测其机制可能是D 2 /D 3 受体激动剂作用突触前膜受体，引起DA释放减少所致。将多巴胺受体拮抗剂直接注入伏隔核能在酒精依赖的早期抑制大鼠对酒精的渴求行为。但D 1 受体激动剂SKF81297和部分激动剂SKF38393对酒精诱导的强化效应无影响，D 2 和D 3 受体拮抗剂（Tiapride和Haloperide）可以用于酒精依赖的临床治疗，还发现它们能抑制对酒精的强化作用。结果提示：D 1 、D 2 和D 3 受体活性可能与酒精的强化效应有关，但也有不同的意见，如HiguchiS用PCR-RFLP方法测定日本人的D 3 受体基因时认为D 3 受体和酒精中毒无关，而高浓度酒精所诱导的镇静作用可能是其他机制参与的结果。
Eravci测定了大鼠在酒精戒断1个月后4个脑区（伏隔核、大脑皮层、海马和纹状体）中5种DA受体亚型的mRNA浓度发现，在水与酒精自由选择9个月并已形成行为的大鼠组中，其伏隔核中D 3 受体mRNA的浓度明显降低，而酒作为唯一选择2个月大鼠的海马中DA的mRNA降低，提示伏隔核中D 3 受体数量的改变可能与酒精戒断症状的出现相关。
酒精可增加5-HT能的神经元放电率，并可增加伏隔核中的细胞外5-HT浓度。酒精还可以直接增加5-羟色胺受体（5-hydroxytryptamine receptor，5-HTR）相关离子通道中阳离子的流通，同时有报告，5-HTR拮抗剂可降低鸽子对酒精的辨别能力。5-HT是中枢重要的神经递质，5-HTR的功能有第二信使系统的参与，其功能需G-蛋白介导并有开关变化，由此可以预料酒精可以影响5-HTR活性。近年来，许多研究试图发现5-HT在酒精对中枢神经系统损伤中的中介作用。5-HTR至少有7种，5-HTR 1 又有A、B、C、D 4个亚型，5-HTR也属于G-蛋白耦联家族成员，大量研究证实，5-HT系统广泛参与动物及人的情绪，睡眠及进食活动。相对低剂量的酒精可增加5-HT缝核神经元的放电率并增加伏隔核中细胞外5-HT浓度。酒精同时还可直接增加5-HTR相关离子通道中阳离子的流通。在行为表现方面，5-HTR 3 拮抗剂则通过影响伏隔核多巴胺释放而影响饮酒行为。大量研究说明，增强5-HT系统活性能降低酒精摄入量，该系统功能低下，酒精摄入量增加。5-HT系统差异与饮酒行为密切相关。长期饮酒者脑脊液中5-羟吲哚乙酸浓度低于正常对照组，说明5-HT代谢水平低下，对酒精的作用更敏感。缺乏其前体色氨酸也可以导致中枢5-HT系统功能低下。由于色氨酸羟化酶具有不饱和性，因此5-HT的合成明显受到脑中循环的色氨酸水平的影响。而研究发现，长期饮酒有可能抑制肝脏中色氨酸吡咯化酶（又称色氨酸二氧化酶）的活性。
γ-氨基丁酸（gamma-aminobutyric acid，GABA）是中枢神经系统中很重要的一种抑制性神经递质。人体及动物研究发现，酒精能激活GABA A 受体，产生焦虑作用和大脑功能障碍，这与酒精的负性强化作用有关。
GABA A 受体的突触后激活已被认为是大多数脑区中抑制性突触后电位的基础，具有重要的生理功能。 N-甲基-D-天冬氨酸（N methyl D aspartic acid，NMDA）受体是谷氨酸受体的一种，可介导大多数脑区的兴奋性突触传递。在突触发生过程中，对NMDA受体的阻断和对GABA受体过度激活可造成大量的神经元凋亡。近年来的研究发现，酒精通过阻断NMDA受体和过度激活GABA受体的双重作用引起神经元的凋亡。给7日龄的小鼠皮下注射酒精，维持血液酒精浓度在200mg/dl之上4h，即可引起脑区大面积的神经元凋亡。注射GABA受体的激活剂和NMDA受体的拮抗剂，可以诱导产生同样的凋亡现象。诸多研究表明，酒精影响发育过程中神经元的GABA受体和NMDA受体的表达水平。
NMDA可介导大脑中各区域兴奋性突触传递过程。在神经系统发育的突触生成阶段，当NMDA受体拮抗剂阻断NMDA受体及GABA能物质过度激活GABA受体时可造成神经元的广泛凋亡。酒精的作用很大程度上归因于它所具有的NMDA受体拮抗剂及GABA受体激活剂的特性。酒精通过对NMDA及GABA受体的作用，触发一个或多个p53非依赖性促凋亡分子的上调。给小鼠注射GABA受体激活剂和NMDA受体拮抗剂可诱导大脑大面积神经元凋亡。
谷氨酸是主要的中枢神经系统兴奋性递质，有作者采用细胞外记录法在伏隔核片制备上研究酒精作用，探讨酒精中毒的细胞机制。发现酒精能抑制谷氨酸所致的伏核神经元电活动增强。谷氨酸通过突触前膜的胞吐作用释放或直接从细胞液中释放，作用于突触后膜的特异性谷氨酸受体，从而使突触后膜去极化，诱发神经元放电。这提示酒精可能通过改变谷氨酸介导的突触传递影响中枢神经系统。谷氨酸按照其受体激动剂的特性，分为4种，其中N-甲基-D-天冬氨酸受体与钙离子通道耦联，对酒精较为敏感。N-甲基-D-天冬氨酸受体是脑内一种重要的兴奋性氨基酸，与谷氨酸和天冬氨酸相比，其兴奋作用极强（可达谷氨酸的1000倍）。离体脑片和单个神经元实验都证实酒精能抑制N-甲基-D-天冬氨酸受体活性，甚至在单个受体分子实验时也能起到抑制作用，以上研究说明酒精能直接作用于N-甲基-D-天冬氨酸受体分子。预先给予小鼠以N-甲基-D-天冬氨酸受体拮抗剂，可以增加饮酒后小鼠的睡眠时间，在LS和SS小鼠中进行的实验发现，脑室内注射N-甲基-D-天冬氨酸受体激动剂可以提高鼠对酒精的耐受性，使用拮抗剂则相反，这种反应在SS鼠中比LS鼠更为明显，说明N-甲基-D-天冬氨酸受体的遗传差异与鼠的饮酒行为差异密切相关。N-甲基-D-天冬氨酸受体对长期突触电位和学习记忆均起重要作用，酗酒者常发生酒精中毒性“记忆缺失”，是与酒精抑制海马中N-甲基-D-天冬氨酸受体有关。长期饮酒者脑内N-甲基-D-天冬氨酸受体密度增加，可能是酒精对谷氨酸系统抑制后出现的代偿反应。
阿片肽作为一种神经递质，具有自身多样性（内啡肽、脑啡肽、强啡肽及孤啡肽等）及受体多型性（μ、κ、δ、ORL 1 受体及其亚型等），在中枢神经系统内广泛分布。大量的动物实验证明，酒精摄入会改变动物一些脑区内阿片肽的释放、含量和基因的表达，进而改变内源性阿片配体的效应。酒精能诱导阿片肽及阿片肽前体mRNA水平的变化。急性酒精摄入能刺激下丘脑和伏隔核释放β-内啡肽，升高细胞内可释放的内源性阿片肽水平，相应引起阿片肽合成的增加。而酒精长期摄入对阿片肽的影响却有诸多不同甚至相反的结论。普遍认为酒精会降低内源性阿片的活性，减少前阿片黑素细胞皮质激素（POMC）（β-内啡肽前体）的基因表达，改变β-内啡肽释放的昼夜节律和下丘脑的β-内啡肽水平。还降低κ受体配体强啡肽和α新内啡肽在下丘脑和海马的表达，但未改变它们在同一品系大鼠纹状体、中脑和垂体内的表达。也有认为长期酒精摄入会增加而不是减少动物脑内β-内啡肽的释放，提高垂体前叶β-内啡肽的含量，增加伏隔核内的前强啡肽水平。
酒精改变了脑内阿片受体密度、受体活性、受体亲合力和受体基因的表达，能提高阿片类受体对内源性阿片类物质的敏感性。酒精是一种脂溶性脂肪族化合物，它能增加细胞膜的流动性，改变细胞膜上受体的功能，有些特殊受体对细胞膜的变化十分敏感。酒精对阿片类受体呈现一种剂量依赖式影响，不同的受体对酒精敏感性不同。长期酒精摄入会下调大鼠伏隔核和纹状体内的μ阿片受体数量，降低μ受体与配体二氢吗啡的亲和力，大鼠反复摄入酒精脑内δ受体的配体亮脑啡肽结合位点丧失，因此亮脑啡肽与δ阿片受体结合力明显下降。Lindholm研究发现酒精反复摄入会降低中脑边缘系统内的к阿片受体的mRNA水平。酒精改变了阿片肽的生物合成、加工、释放、受体与配体结合的特征，似乎介导了阿片的神经传递，但改变的性质尚无定论，增加、减少、不变均有报道。文献方面的不一致性很可能是因为研究方法学的差异引起的：如酒精摄入的方式（饮用、吸入、液体进食等）、酒精摄入量、处理时间的长短及其动物种系的差异（猴、大鼠或小鼠）。此外还有可能是慢性酒精摄入后阿片受体发生了动力学方面多相性的改变，在不同的时间段检测也可能决定了变化的方向。
酒精与阿片类物质的作用极为相似，使用后都可引起欣快、耐受、精神及身体依赖性，由此提示酒精依赖与内源性阿片系统可能相关。酒精是通过3个方式兴奋内源性阿片受体：①其代谢产物乙醛可与儿茶酚胺结合生成阿片受体激动剂，直接兴奋阿片受体；②促进内源性吗啡类物质释放，间接兴奋阿片受体的活动；③直接提高阿片受体对内源性吗啡类物质的敏感性。有研究者调查发现，海洛因对饮酒行为有明显抑制性影响，嗜酒者滥用毒品后酒量明显下降，随毒品滥用时间延长，量增大而最终停止饮酒，戒毒后酒量回弹，再次滥用毒品后酒量再次下降。这一现象提示嗜酒与毒品滥用可能具有共同的神经生物学机制，即涉及内源性阿片系统。
环-磷酸腺苷（cAMP）与环磷酸鸟苷（cGMP）是目前公认的调节细胞内代谢的第二信使，它们的含量变化标志着细胞代谢的改变。
cAMP信号通路在成年动物嗜酒及酒精依赖中起着重要作用，近年来得到了广泛的关注。Maas等发现，该通路在酒精诱导的新生鼠神经元凋亡中也具有重要的调节作用。腺苷酸环化酶1（adenylate cyclase 1，AC 1 ）和腺苷酸环化酶8（adenylate cyclase 8，AC 8 ）在胞浆钙离子浓度升高的情况下被激活，催化产生cAMP，激活下游信号通路，调节细胞功能。在 AC 1 和 AC 8 基因双敲除的新生鼠中，酒精引起的caspase-3激活和神经元死亡与野生型相比更加明显，提示在神经突触形成时期，cAMP信号通路可能也是酒精直接或间接作用的靶点之一。
cAMP信号转换系统已被证明对神经细胞的生存及神经再生很重要，并且是对酒精敏感性的重要调节剂。AC 1 和AC 8 广泛表达于发育中的大脑的许多区域，如海马、皮质及丘脑中。是大脑中唯一的同工酶并在胞浆钙离子浓度升高的情况下被激活，AC同工酶催化腺嘌呤核苷三磷酸（adenosine-triphosphate，ATP）转化为cAMP，激活下游信号通路，调节细胞功能。与正常对照组相比，AC 1 及AC 8 缺失的小鼠暴露于酒精会加剧酒精诱导的神经元凋亡，并伴有如下几种蛋白磷酸化的显著降低：促存活蛋白、IRS-1、蛋白激酶B（Akt）及细胞外信号调节激酶（ERKs）。研究表明AC 1 及AC 8 是急性酒精暴露后细胞生存信号通路的关键激活剂，并且是决定FAS相关症状的严重程度的重要分子因素。