เซโรโทนินเป็นสารสื่อประสาทที่มีบทบาทหลายอย่างรวมทั้งความก้าวร้าว ความเจ็บปวด การนอนหลับ ความอยากอาหาร ความวิตกกังวล ความซึมเศร้า ไมเกรน และการอาเจียน[8][โปรดขยายความ] ในมนุษย์ ผลของการมีเซโรโทนินเกินพบเป็นครั้งแรกในปี 2503 ในคนไข้ที่ได้รับยา monoamine oxidase inhibitor (MAOI) ร่วมกับทริปโตเฟน[41]เป็นผลของการมีเซโรโทนินเกินในระบบประสาทกลาง[4]ในตอนแรก สงสัยกันว่าเป็นการทำการ (agonism) ของ ตัวรับ 5-HT1A ของเซลล์ประสาทในเขต central grey nuclei และ medulla ที่เป็นเหตุของความเป็นพิษ[42]

งานศึกษาต่อ ๆ มาพบว่า การกระตุ้นตัวรับ 5-HT2A เกินดูเหมือนจะมีส่วนอย่างสำคัญที่ทำให้เกิดอาการนี้[42]และตัวรับ 5-HT1A ก็อาจจะมีส่วนโดยผ่านปฏิสัมพันธ์ทางเภสัชพลศาสตร์ ที่ระดับที่เพิ่มขึ้นของตัวทำการต่อระบบเซโรโทนินทำตัวรับเซโรโทนินทุกประเภทให้อิ่มตัว[4]นอกจากนั้นแล้ว การทำงานเกินในระบบ noradrenergic อาจมีบทบาทเนื่องจากว่าระดับของนอร์เอพิเนฟรินเพิ่มขึ้นเมื่อเกิดพิษเซโรโทนิน และระดับของมันดูเหมือนจะสัมพันธ์กับผลที่พบทางคลินิกแต่สารสื่อประสาทอื่น ๆ ก็อาจมีบทบาทด้วยสารต้านต่อตัวรับ NMDA และตัวรับ GABA เสนอว่ามีผลต่อการเกิดอาการ[4]เซโรโทนินเป็นพิษจะมีอาการชัดเจนขึ้นเมื่อใช้ขนาดเกินระดับการรักษา (supra-therapeutic) หรือว่าเมื่อใช้ขนาดเกิน (overdose) โดยเป็นพิษตามลำดับขนาดของยา[38][43]

แนวคิดแบบเสปร็กตัม

แนวคิดแบบเสป็กตรัม (spectrum concept) ในเรื่องเซโรโทนินเป็นพิษเน้นว่า การเพิ่มระดับเซโรโทนินขึ้นไปเรื่อย ๆ มีบทบาทอำนวยให้พบสภาพทางคลินิกโดยเริ่มจากเป็นผลข้างเคียงจนกลายเป็นพิษความสัมพันธ์ทางขนาดยา-ผลที่ได้ เป็นผลของการเพิ่มขึ้นเรื่อย ๆ ของระดับเซโรโทนิน ไม่ว่าจะเป็นการเพิ่มยาขนานหนึ่ง หรือว่าให้ยารวมกับยาที่ออกฤทธิ์ต่อระบบเซโรโทนินอื่น ๆ ซึ่งอาจเพิ่มระดับเซโรโทนินขึ้นอย่างมาก[44]ผู้เชี่ยวชาญบางคนชอบศัพท์ว่า เซโรโทนินเป็นพิษ (อังกฤษ: serotonin toxicity, serotonin toxidrome) มากกว่า เพราะว่าสะท้อนให้เห็นว่าเป็นรูปแบบหนึ่งของภาวะถูกพิษ (poisoning) ที่แม่นยำกว่า[7][45]