神经生物学家发现社交恐惧症患者有特殊神经系统的改变,尤其是关于5-羟色胺、去甲肾上腺素和多巴胺系统。尽管没有发现5-羟色胺载体密度异常,社交恐惧症患者针对增高的焦虑及5-羟色胺探针所引起的激素反映,表现出突触后5HT1A和5HT2受体亚型敏感度增高,血小板5HT2受体密度已经被证实与社交恐惧症患者症状严重程度有关。研究表明社交恐惧症患者存在于去甲肾上腺素过度活动相关的突触后a2肾上腺素受体功能减低,脑脊液中也有多巴胺代谢产物高香草香酸的降低。社交恐惧症患者对心理应激源表现出较强的肾上腺皮质反应。这表明这些神经递质的增加或者减少与社交恐惧症发病有关系。