Патофизиологические механизмы синдрома гиперактивности и дефицита внимания точно не установлены. В современной нейропсихологии они преимущественно рассматриваются с позиций нейробиологической и нейропсихологической концепций. Другие теории (диффузной церебральной дизрегуляции, генераторная теория) менее разработаны.
Согласно нейробиологической концепции, СДВГ детерминируется нарушением метаболизма нейромедиаторов: дофамина и норадреналина. Дофаминергическая нейтротрансмиттерная система вовлечена в эмоциональную регуляцию поведения, обработку информации в префронтальной коре, консолидацию памяти. Норадренергическая система оказывает активизирующее действие на мозг, участвует в регуляции локомоторной активности, эмоциональной составляющей поведения, мотивации, памяти, обучения. Значимая роль в функционировании этих систем принадлежит постсинаптическим адренорецепторам, обеспечивающим проведение импульсов, формирование межнейронных связей.
Нейропсихологическая теория рассматривает патогенез СДВГ с позиции врожденной незрелости регуляторных систем, отвечающих за внимание ретикулярная формация, таламус, префронтальная кора и произвольную двигательную активность базальные ганглии, мозжечок, лобная кора. Это приводит к задержке формирования управляющих функций, которые обеспечивают осознанное поведение, целенаправленную деятельность.
Поэтому дети с СДВГ демонстрируют низкие уровни произвольного внимания, рабочей памяти, торможения реакций.
Нейрохимический дисбаланс во взаимодействии нейронов и изменение чувствительности рецепторов обусловливают снижение активирующей роли ретикулярной формации и, как следствие, ‒ нарушение планирования, саморегуляции, контроля. Неспособность к адекватной переработке информации приводит к тому, что обычные стимулы (зрительные, слуховые, эмоциональные) оказываются чрезмерными, вызывают искаженную двигательную и поведенческую реакцию. В пользу этой теории указывает ослабление симптомов СДВГ при применении агонистов дофаминовых рецепторов.