Tähelepanupuudulikkuse ja hüperaktiivsuse häirega (ADHD) laste ja täiskasvanute aju näib toimivat teiste inimestega võrreldes mõnevõrra erinevalt ja need erinevused ADHD ajus põhjustavad tavaliselt häire sümptomeid. Selle teema uurimine jätkub ja seetõttu tehakse sageli uusi avastusi selle kohta, kuidas aju töötab ja kuidas aju ADHD-d tekitab. Üldiselt on aga täheldatud, et ADHD-ga inimestel on ajus tavaliselt ebatavaliselt palju teatud kemikaale ja neurotransmittereid. Näib, et ADHD aju toimib erinevalt mõnes võtmevaldkonnas, mis kõik töötavad koos, et tekitada ADHD erinevaid aspekte.
ADHD-ga inimestel on tavaliselt raskusi keskendumisega, neil on nõrk impulsskontroll ja teised ideed või ülesanded võivad kergesti ühest ülesandest kõrvale juhtida. Aastaid on uuringud keskendunud dopamiini ja sellega seotud ajukeemia rollile ADHD aju protsesside toetajana. Ritaliin, üks peamisi ravimeid, mida sageli kasutatakse ADHD raviks, muudab tavaliselt dopamiini tootmist ja kasutamist ajus. Hiljutised uuringud on aga näidanud, et mitmed erinevad ajupiirkonnad näivad töötavat koos, et tekitada ADHD tavalisi sümptomeid.
Neli peamist potentsiaalse ADHD ajutegevuse valdkonda on otsmikusagara, ajukoor, limbiline süsteem ja retikulaarne aktiveeriv süsteem ajus. Näiteks otsmikusagaras on tehtud suur osa neurotransmitterite ja neuroloogiliste kemikaalide uuringutest. See on koht, kus aju toodab ja kasutab selliseid kemikaale nagu dopamiin ja glutamaat. Tundub, et ADHD ajus toodetakse neid kemikaale kas liigselt või ebapiisavalt, et korralikult töötada. Need muutused ajukeemias võivad põhjustada selliseid mõjusid nagu võimetus keskenduda või toiminguid korralikult pärssida.
Ajukoor on samuti tugevalt seotud ajutegevuse pärssimisega. ADHD ajus ei paista ajukoor teisi ajupiirkondi korralikult inhibeerivat, mistõttu ADHD-ga inimestel tekivad sageli sobimatud puhangud või nad räägivad, ilma et nad mõtleksid, mida öeldakse. See võib põhjustada häirivat käitumist klassiruumis või ärikohtumisel ja muid negatiivseid tagajärgi.
Neid puhanguid võib mõjutada ka aju limbiline süsteem, mis kontrollib emotsioone. Tundub, et limbilise süsteem ei kontrolli ADHD aju korralikult ja seetõttu võivad ADHD-ga inimestel esineda metsikud meeleolumuutused või nad ei suuda kontrollida emotsionaalseid puhanguid. Kuna need erinevad ajuosad töötavad koos, ilmnevad ADHD erinevad sümptomid mitte ühest süsteemist, vaid mitme ajuosa ühise jõupingutuse tõttu.
Tundub, et ADHD aju retikulaarne aktiveeriv süsteem erineb “tavalisest” ajust. Tundub, et see ajuosa kontrollib osa otsmikusagara fookust ja kontsentratsioonist, aga ka inimese motoorset aktiivsust. Selle piirkonna ebatavalised funktsioonid võivad põhjustada ADHD-ga inimese võimetuse keskenduda konkreetsele ülesandele ning ADHD-ga inimestel olla hüperaktiivsed või neil on raske paigal istuda.