Dopamin termasuk dalam keluarga senyawa biologis yang disebut katekolamin (Gambar Bawah). Dopamin disintesis dari senyawa L-dihydroxyphenylalanine (L-dopa) melalui enzim dopa decarboxylase. Pada neuron noradrenergik dan kelenjar adrenal, dopamin adalah prekursor untuk neurotransmiter norepinephrine. Pada neuron dopaminergik, dopamin sendiri berperan sebagai neurotransmitter. Meskipun neuron dopaminergik tidak didistribusikan secara luas di otak sebagai neuron noradrenergik, mereka bertindak untuk mengkoordinasikan gerakan, mengendalikan sekresi beberapa hormon, dan untuk mengatur suasana hati dan stabilitas emosional.
Peran Dopamin dalam koordinasi gerakan dapat dipahami sebagian dengan memeriksa penyakit Parkinson. Penyakit ini terkait dengan rendahnya tingkat dopamin di otak dan ditandai dengan gerakan kejang pada kelopak mata serta getaran berirama pada tangan dan bagian tubuh lainnya. Salah satu metode mengobati penyakit Parkinson adalah dengan meningkatkan konsentrasi dopamin di otak. Hal ini paling efektif dilakukan dengan pemberian prekursor dopamin, L-dopa. Untuk mencegah konsentrasi norepinephrine dari peningkatan juga, L-dopa diberikan bersamaan dengan obat yang menghambat sintesis norepinephrine.
Peran yang dimainkan dopamin dalam mengatur suasana hati dan stabilitas emosional setidaknya bisa digenggam sebagian dengan memeriksa peran dopamin dalam skizofrenia dan kecanduan obat. Skizofrenia adalah kelainan yang ditandai dengan delusi, halusinasi, penarikan diri dari realitas eksternal, dan ketidakberesan emosional. Teori dopamin skizofrenia, yang diusulkan pada tahun 1965, mengaitkan gangguan pada konsentrasi dopamin otak yang meningkat atau hipersensitivitas reseptor dopaminergik, terutama subtipe reseptor D 2 dan D4. Beberapa obat yang digunakan untuk mengobati pasien skizofrenia berikatan dengan reseptor D 2 dan D 4 dan menghambat respons dopaminergik.
Dopamin juga merupakan komponen penting dari “sistem penghargaan” otak dan diyakini berperan dalam kecanduan narkoba. Peningkatan kadar dopamin telah dikaitkan dengan penggunaan kokain, amfetamin, dan ganja, serta kecanduan alkohol dan nikotin.