Výzkumy ukázaly, že neurochemie v mozku lidí se schizofrenií je odlišná od neurochemie kontrolních skupin a taková aktivita má hypoteticky kauzální vliv na stav.
Zastánci megavitaminové terapie Abram Hoffer a Humphry Osmond tvrdili, že adrenochrom je halucinogenní látka a může být zodpovědný za schizofrenii a další duševní nemoci. V tom, co nazvali „adrenochromovou hypotézou“, spekulovali, že megadávky vitaminu C a niacinu by mohly vyléčit schizofrenii snížením adrenochromu v mozku.
Zvláštní pozornost byla věnována funkci dopaminu v mezolimbické dráze mozku. Toto zaměření do značné míry vyplynulo z náhodného zjištění, že skupina léčiv, která blokuje funkci dopaminu, známá jako fenothiaziny, může snížit psychotické příznaky.
Vlivná teorie, známá jako „dopaminová hypotéza schizofrenie“, navrhla, že příčinou (pozitivních příznaků) schizofrenie je tedy porucha dopaminových drah. Tato teorie je nyní považována za příliš zjednodušující jako úplné vysvětlení, částečně proto, že novější antipsychotické léky (nazývané atypické antipsychotické léky) mohou být stejně účinné jako starší léky (nazývané typické antipsychotické léky), ale také ovlivňují funkci serotoninu a mohou mít o něco menší účinek na blokování dopaminu. Navíc nebylo spolehlivě prokázáno, že by dysfunkce dopaminových drah korelovala s nástupem příznaků nebo jejich závažností.
Zájem se také zaměřil na neurotransmiter glutamát a sníženou funkci glutamátového receptoru NMDA u schizofrenie. To z velké části naznačují abnormálně nízké hladiny glutamátových receptorů nalezených v posmrtných mocích lidí, u nichž byla dříve diagnostikována schizofrenie, a objev, že léky blokující glutamát, jako jsou fencyklidin a ketamin, mohou napodobovat příznaky a kognitivní problémy spojené s tímto onemocněním. Skutečnost, že snížená funkce glutamátu souvisí se špatnými výsledky testů vyžadujících funkci čelního laloku a hipokampu a že glutamát může ovlivnit funkci dopaminu, které všechny byly zapleteny do schizofrenie, naznačila důležitou zprostředkovací (a možná i příčinnou) roli glutamátových drah u schizofrenie.
Abnormality vápníkových kanálů
Abnormality kalciových kanálů jsou v současné době zkoumány jako faktor schizofrenie. V souvislosti s tím tři malé studie zjistily určitá zlepšení některých opatření, u schizofrenie s tardivní dyskinezí, přičemž k existujícímu antipsychotickému režimu byl přidán přípravek blokující kalciové kanály nilvadipin.
Má se za to, že u schizofrenie je narušen senzorický gating. Protože nikotinový acetylcholinový receptor zprostředkovává senzorický gating, kouření tabáku , který excituje nikotinergní receptory, zmírňuje příznaky sluchových halucinací u mnoha pacientů se schizofrenií.
Kalcineurin je spojen s receptory pro několik chemických látek v mozku včetně NMDA, dopaminu a GABA. Experiment s geneticky upravenými myšmi, které nemohly produkovat kalcineurin, ukázal podobné příznaky jako u lidí se schizofrenií: poruchy pracovní paměti, poruchy pozornosti, aberantní sociální chování a několik dalších abnormalit charakteristických pro schizofrenii.