PTSD ietekme uz smadzenēm, šķiet, liecina, ka šī traucējuma simptomiem ir bioloģisks pamats. Zinātnieki uzskata, ka ārkārtējas psiholoģiskas traumas var izraisīt fiziskas izmaiņas smadzenēs. Tomēr var būt iespējams, ka smadzeņu struktūras un funkciju raksturīgās atšķirības padara dažus cilvēkus neaizsargātus pret PTSD. PTSD ietekme uz smadzenēm galvenokārt notiek amigdalā, smadzeņu daļā, kas palīdz kontrolēt emocijas. Hippkampuss, prefrontālā daiva un prefrontālā garoza var tikt bojāti traumatiskas pieredzes dēļ, un daži eksperti uzskata, ka PTSD ietekme uz smadzenēm ietver izmaiņas tajā, kā smadzenes izmanto noteiktus neiromediatorus, piemēram, dopamīnu, serotonīnu un noradrenalīnu.
Viena no galvenajām PTSD sekām uz smadzenēm ir atrodama amigdalā. Kopā ar prefrontālo garozu amigdala parasti ir atbildīga par emociju kontroli. Dažiem, kas cieš no PTSS, amigdala faktiski kļūst lielāka, kas varētu liecināt par pārmērīgu emocionālo reakciju smadzenēs. Izmaiņas veidā, kā smadzenes izmanto neiromediatorus pēc traumas, var samazināt prefrontālās garozas darbību, kas parasti arī palīdz kontrolēt emocijas, īpaši bailīgas. Eksperti uzskata, ka pēctraumas izmaiņas prefrontālās garozas funkcijās var rasties sakarā ar paaugstinātu neirotransmitera dopamīna līmeni, ko smadzenes parasti izvada, ja nepieciešams augsts modrības un piesardzības līmenis.
Daudzi pacienti, kas cieš no PTSS, pēc simptomu parādīšanās izjūt sastindzis emocionālo stāvokli. Eksperti uzskata, ka tas var būt saistīts ar paaugstinātu neirotransmiteru līmeni, kas atbild par sāpju mazināšanu. PTSD ietekme uz smadzenēm var ietvert arī samazinātu spēju izmantot neirotransmitera serotonīnu, kas parasti ir atbildīgs par labsajūtu. Tas varētu izskaidrot, kāpēc nomāktas sajūtas bieži pavada PTSS.
Hipokampā, kas parasti ir atbildīgs par atmiņu apstrādi un glabāšanu, var rasties izmaiņas arī PTSD ietekmes uz smadzenēm dēļ. Eksperti ir atklājuši, ka daudziem cilvēkiem ar PTSD simptomiem ir mazāks nekā parasti hipokamps. Viena teorija apgalvo, ka stresa hormona kortizola radītā bojājuma dēļ hipokamps faktiski var samazināties. Cita teorija apgalvo, ka kādam, kam attīstās PTSS, sākumā varētu būt neparasti mazs hipokamps.
Cilvēkiem ar PTSS bieži ir grūtības apkopot savas domas un izteikties. PTSD ietekme uz smadzenēm var ietvert prefrontālās daivas bojājumus, smadzeņu apgabalu, kas parasti regulē runu un pašizpausmi. Paaugstināts noradrenalīna līmenis smadzenēs var izskaidrot intensīvu, fizisku satriecošu reakciju rašanos PTSS slimniekiem, jo šis neirotransmiters parasti izraisa “cīnies vai bēg” reakcijas stresa situācijās.