Hjärnans dopaminerga system är en serie vägar som dämpar kontrollen av vissa beteenden och av frivillig rörelse. Det beror på signalsubstansen dopamin, som produceras i mellanhjärnan. Det dopaminerga systemet aktiverar belöningssensationer under olika, vanligtvis trevliga, aktiviteter, och dess funktionsfel är kopplat till drog- och alkoholberoende genom denna speciella reaktion. Symtom på Parkinsons sjukdom beror på förstörelsen av dopaminproducerande neuroner, som delvis behandlas genom administrering av dopamin till patienter för att återställa systemets normala funktion.
Det dopaminerga systemet har sitt ursprung i mellanhjärnan, där dopamin produceras i nervcellerna i substantia nigra från en molekyl som kallas L-DOPA, för leva-dopa. Därifrån synapsar axonerna i dessa nerver på platser i hjärnan. En uppsättning axoner påverkar kognition i frontalloberna, särskilt bedömning och liknande kontrollmekanismer, såsom beslut om huruvida man ska agera på ett visst sätt eller inte. En annan nervgren når tinninglobens limbiska system, där dopamin modulerar vanebildning genom att förbättra den neurala korrelationen mellan njutning och ett givet beteende.
Hjärnans belöningssystem involverar banor för neurongrupper i mellanhjärnan och hjärnbarken, särskilt i det mesolimbiska systemet. När njutningsfulla upplevelser som mat, dryck, sex och intag av olika droger inträffar frisätts dopamin. Detta orsakar en känsla av belöning, en hög, vilket sedan leder till psykologisk förstärkning av det initiala njutningsfulla beteendet, och gradvis ökar mängden beteende eller substans som krävs för att producera belöningssensationen. Av denna anledning tror många forskare att förändrade eller överaktiva dopaminvägar kan vara den yttersta orsaken till beroendeframkallande beteenden.
En viktig roll för det dopaminerga systemet ligger i kontrollen av frivillig rörelse, en process som modereras av frisättning av dopamin. Parkinsons sjukdom orsakas av degenerering av de dopaminproducerande nervcellerna i hjärnstammen och mellanhjärnan, särskilt de viktiga regionerna av substantia nigra och locus ceruleus. När det dopaminerga systemet störs av utarmningen av dopamintillförseln och cellerna inte längre tillverkar mer av signalsubstansen, slutar de motoriska kontrollområdena i hjärnan, liksom lillhjärnan, att fungera normalt. Detta resulterar i ryckiga rörelser och försämrad gång och grepp.
Dopamin injiceras intravenöst för att öka aktiviteten i det sympatiska nervsystemet, stimulera högre blodtryck och allmän medvetenhet. Behandlingen av rörelsestörningar orsakade av Parkinsons sjukdom är ett stort farmakologiskt ingrepp i det dopaminerga systemets funktion. Eftersom dopamin inte kan passera blod-hjärnbarriären och därmed nå de områden som drabbats av Parkinsons sjukdom, injiceras prekursorsubstansen L-DOPA i patienterna istället. Det kan passera in i hjärnan och metaboliseras där till sin aktiva form genom en rad kemiska reaktioner.