Sigarettides sisalduv tubakas sisaldab ühendeid, mis teadaolevalt põhjustavad ajus funktsionaalseid ja struktuurseid muutusi, muutes suitsetamise sõltuvust tekitavaks. Kui keegi suitsetab, muutub ajukeemia põhjalikult ja suitsetamisest kujuneb korduvate seansside käigus harjumus, kui aju kohaneb oma keemia muutustega. Suitsetamisest loobumine võib olla keeruline, kuna kehal tekib sõltuvus tubakas sisalduvatest kemikaalidest ja patsiendil tekivad võõrutusnähud, kui aju üritab kohaneda.
Nikotiin, tubakas leiduv ühend, mis jäljendab neurotransmitteri atsetüülkoliini toimet kehas, on peamine asi, mis muudab suitsetamise sõltuvust tekitavaks. Kui nikotiin ajju siseneb, seostub see atsetüülkoliini retseptoritega ja inimesed kogevad neuroloogiliste reaktsioonide kaskaadi, sealhulgas suurenenud erksus ja keskendumisvõime. Aja jooksul paneb regulaarne suitsetamine ajus arvama, et atsetüülkoliini tase on ebatavaliselt kõrge, ja vastusena kasvab selle neurotransmitteri jaoks rohkem retseptoreid.
Suurenenud retseptorite arv vähendab tundlikkust atsetüülkoliini ja nikotiini suhtes, kuna sama vastuse saamiseks on vaja rohkem. See võib ärgitada inimesi rohkem suitsetama, pannes aju reageerima, tekitades rohkem retseptoreid ja luues lõputu tsükli, selgitades, mis muudab suitsetamise sõltuvust tekitavaks. Kui inimesed suitsetamisest loobuvad, on neil suurenenud atsetüülkoliini retseptorite arv, kuid neid retseptoreid ei stimuleerita. Patsiendil tekib võõrutustunne, kuna aju tuleb toime normaalse atsetüülkoliini tasemega kehas.
Neuroloogid on põhjalikult uurinud suitsetamise mõju ajule, et saada rohkem teavet selle kohta, mis muudab suitsetamise sõltuvust tekitavaks ja kuidas suitsetamine muudab aju pikaajalist funktsiooni ja struktuuri. Mõned neist uuringutest surusid tubakafirmad alla, mis oli mures tervisemõjude, sealhulgas sõltuvuse avaldamise mõju müügile. Kui lõpuks avaldati uuringud, mis teavitasid avalikkust, et suitsetamine tekitab sõltuvust, oli avalikkuse reaktsioon mõnes maailma piirkonnas plahvatuslik.
Suitsetamine ei tekita mitte ainult sõltuvust, vaid näib olevat ka üks tugevamaid sõltuvust tekitavaid aineid, mida inimesed kasutavad. Inimesed, kes on kogenud sõltuvust mitmest ainest, on märkinud, et tubakatoodetest on kõige raskem loobuda. Kuna suitsetamine tekitab sõltuvust ja sellest on raske loobuda, keskenduvad paljud avalikud teavitusprogrammid eelkõige inimeste suitsetamisharjumuste ärahoidmisele, eesmärgiga vähendada suitsetamisega seotud haiguste esinemissagedust elanikkonnas. Suitsetamise ja mitmete tõsiste meditsiiniliste tüsistuste, sealhulgas vähi ja südame-veresoonkonna haiguste vahel on selge seos.