Tabaka cigaretēs satur savienojumus, kas izraisa funkcionālas un strukturālas izmaiņas smadzenēs, radot atkarību no smēķēšanas. Kad kāds smēķē, smadzeņu ķīmija tiek būtiski izmainīta un smēķēšana kļūst par ieradumu, kas veidojas atkārtotu sesiju laikā, smadzenēm pielāgojoties izmaiņām savā ķīmijā. Smēķēšanas atmešana var būt sarežģīta, jo organisms kļūst atkarīgs no tabakas ķīmiskajām vielām un pacientam rodas abstinences simptomi, kad smadzenes mēģina no jauna pielāgoties.
Nikotīns, tabakā atrodams savienojums, kas atdarina neiromediatora acetilholīna darbību organismā, ir galvenais, kas rada atkarību no smēķēšanas. Kad nikotīns nonāk smadzenēs, tas saistās ar acetilholīna receptoriem, un cilvēki piedzīvo neiroloģisku reakciju kaskādi, tostarp paaugstinātu modrību un fokusu. Laika gaitā regulāra smēķēšana liek smadzenēm domāt, ka acetilholīna līmenis ir neparasti augsts, un, reaģējot uz to, tas palielina šī neirotransmitera receptorus.
Palielināts receptoru skaits samazina jutību pret acetilholīnu un nikotīnu, jo ir nepieciešams vairāk, lai iegūtu tādu pašu reakciju. Tas var stimulēt cilvēkus smēķēt vairāk, tādējādi liekot smadzenēm reaģēt, veidojot vairāk receptoru un radot nebeidzamu ciklu, izskaidrojot, kas izraisa smēķēšanu. Kad cilvēki pārtrauc smēķēšanu, viņiem ir palielināts acetilholīna receptoru skaits, taču šie receptori netiek stimulēti. Pacients piedzīvo abstinences sajūtu, jo smadzenes tiek galā ar normālu acetilholīna līmeni organismā.
Neirologi ir plaši pētījuši smēķēšanas ietekmi uz smadzenēm, lai uzzinātu vairāk par to, kas smēķēšanu izraisa atkarību un kā smēķēšana maina ilgtermiņa smadzeņu darbību un struktūru. Dažus no šiem pētījumiem apspieda tabakas uzņēmumi, kuri bija noraizējušies par ietekmi uz pārdošanu, kāda varētu būt informācijas atklāšanai par ietekmi uz veselību, tostarp atkarību. Kad beidzot tika publicēti pētījumi, kas informēja sabiedrību, ka smēķēšana izraisa atkarību, dažos pasaules reģionos sabiedrības reakcija bija sprādzienbīstama.
Smēķēšana ne tikai izraisa atkarību, bet arī šķiet viena no spēcīgākajām atkarību izraisošām vielām, ko lieto cilvēki. Cilvēki, kuriem ir bijusi atkarība no vairākām vielām, ir atzīmējuši, ka tabakas izstrādājumi ir vieni no tiem, no kuriem visgrūtāk atmest. Tā kā smēķēšana izraisa atkarību un to ir grūti atmest, daudzas sabiedrības informēšanas programmas ir vērstas uz to, lai cilvēki vispirms nepieļautu smēķēšanas ieradumus, lai samazinātu ar smēķēšanu saistīto slimību izplatību iedzīvotāju vidū. Pastāv skaidra saikne starp smēķēšanu un vairākām nopietnām medicīniskām komplikācijām, tostarp vēzi un sirds un asinsvadu slimībām.