吸烟对中枢神经系统有强烈的影响。香烟作为中枢神经系统兴奋剂，影响神经递质血清素、多巴胺、去甲肾上腺素、乙酰胆碱、GABA和其他。烟草烟雾中最重要的成分是尼古丁，它是导致上瘾的成分。在商业烟草中有600多种卷烟添加剂，其中100种被发现对人体有药理作用，尤其是中枢神经系统。

焦虑

吸烟会影响与焦虑和健康状态相关的神经递质。与不吸烟者相比，吸烟者的临床焦虑率明显更高。这可以通过烟草对氨基丁酸(GABA)的影响来解释，氨基丁酸是一种神经递质，主要负责保持健康和不焦虑的状态。在2007年9月的《BMC神经科学》杂志上，Tamaki Hayase博士发现，即使在最后一次接触尼古丁2小时后，尼古丁也会显著增加焦虑相关的行为和症状。此外，在2007年6月的《应用生物行为研究杂志》上，珍妮特·奥劳特博士和他的同事发现，焦虑与尼古丁的摄入量显著相关。与吸烟相关的焦虑最大的共同因素是上瘾程度，当人们吸烟是因为他们度过了糟糕的一天，为了醒来而吸烟，以及自尊心较低的吸烟者。

抑郁症

吸烟也与抑郁密切相关。尼古丁和其他烟草添加剂对多巴胺和血清素有直接的负面影响，这两种神经递质与抑郁和心理健康有关。有些吸烟者吸烟是为了让自己感觉更好，而尼古丁的戒断本身可能是导致抑郁的首要原因。在2008年1月的《尼古丁与烟草研究》中，迈克尔·莱昂斯博士和他的同事发现，重度抑郁症与目前每天吸烟以及尼古丁戒断症状有显著的联系。一些伴随的抑郁症状是紧张、不安和注意力难以集中。

认知

吸烟还会对认知能力产生严重的负面影响，尤其是对长期吸烟者。尼古丁直接影响与学习、记忆和认知相关的神经递质。香烟中的数百种添加剂对认知也有负面影响。随着年龄的增长，长期吸烟者尤其有患痴呆症的风险。在2007年8月的《神经心理学评论》中，加里·斯旺博士和他的同事发现，吸烟与脑物质退化、细胞死亡、反复测量导致的认知能力下降和痴呆有显著关系。在报告中，他们还发现，吸烟的母亲会增加孩子神经发育缺陷的风险。