Romantilise armastuse peamine keemiline aine on neurotransmitter oksütotsiin. Oksütotsiin vabaneb mõlemast soost orgasmi ajal, aga ka sünnituse või nibude stimulatsiooni ajal naistel. See aitab kaasa lihaste kontraktsioonide bioloogilistele funktsioonidele sünnituse või imetamise ajal rinnaga toitmise ajal.
Eksperimendid preeriahiirtega on näidanud, et kui oksütotsiini geen eemaldatakse, kaotab see traditsiooniliselt monogaamne liik täielikult oma paarisideme. Teadlased oletavad kindlalt, et sama juhtuks ka inimestega, kui oksütotsiin oleks blokeeritud. Romantiline armastus võib sõltuda ainult ühest ajukemikaalist.
Meestel esineb ka vasopressiin, millel on oksütotsiiniga sarnane roll. Arvatakse, et oksütotsiini vabanemise periood on kõige tugevam romantilise armastuse esimese 18 kuu jooksul ja möödub pärast seda, kuigi see ei kao kunagi täielikult. Mõnikord nimetatakse oksütotsiini kapriisselt “kallistamishormooniks”.
Lisaks armastusele on oksütotsiin seotud ka sotsiaalsete sidemete ja usaldusega üldiselt. Sünteetiline oksütotsiin on saadaval ja mõned teadlased on väitnud, et see võib olla omamoodi “sotsiaalne Viagra” ja tõepoolest on katsed näidanud, et inimesed usaldavad nasaalselt manustatava oksütotsiini mõju all. Kuna see on seotud nii usalduse kui ka armastusega, on mõned teadlased hoiatanud, et seda võib kasutada datlivägistamisravimina. Nagu teisi neurotransmitteriid, võib oksütotsiini pidada “looduslikuks uimastiks” – ajus vabanedes aineks, mis paneb meid käituma erinevalt, kuid on inimühiskonnas üldiselt aktsepteeritud, kuna see on eksisteerinud miljoneid aastaid.
Oksütotsiin põhjustab ka emasloomadel rohkem ema käitumist. Seda on täheldatud peamiselt rottidel, kuid kahtlustatakse, et psühhokeemiline reaktsioon on inimestel sama. Erinevus kellegi vahel, keda peetakse teie romantilise armastuse “tüübiks”, ja kellegi vahel, kes seda ei ole, seisneb tõenäoliselt selles, et ühe inimese kohalolek põhjustab oksütotsiini vabanemist ja üks mitte. See on romantilise armastuse neurokeemiline alus.
Dopamiin, mis on üldiselt naudingu aluseks olev neurotransmitter, mängib samuti oma osa romantilises armastuses ja vabaneb keskkonnamõjudest alates heast vestlusest kuni huulte suudluseni.