Le mécanisme d'action centrale des antidépresseurs est lié aux modifications que ceux-ci provoquent au sein des systèmes noradrénergique et sérotoninergique. La plupart des antidepresseurs (y compris l'électro-convulsivothérapie) induisent une désensibilisation du récepteur noradrénergique, qui se manifeste par une diminution de la production d'AMP cyclique après la stimulation du récepteur β par la noradrénaline. Une baisse de la densité de ces récepteurs noradrénergiques intervient également dans un grand nombre de cas. D'autre part, des modifications sérotoninergiques, touchant en particulier les récepteurs 5-HT₂, joueraient également un rôle dans l'action antidepressive.