吸烟对中枢神经系统有很大的影响。香烟作为中枢神经系统兴奋剂，影响神经递质血清素、多巴胺、去甲肾上腺素、乙酰胆碱、GABA等。烟草烟雾中最重要的成分是尼古丁，它是导致上瘾的成分。商业烟草中含有600多种卷烟添加剂，其中100种被发现对人体有药理作用，尤其是中枢神经系统。

焦虑

吸烟会影响与焦虑和健康状态相关的神经递质。与不吸烟者相比，吸烟者临床焦虑症的发生率明显更高。这也许可以通过烟草对GABA的影响来解释，GABA是一种神经递质，主要负责使人保持健康和不焦虑。在《BMC神经科学》2007年9月号上，Tamaki Hayase博士发现尼古丁显著增加了与焦虑相关的行为和症状，即使是在最后一次接触后2小时。此外，在2007年6月出版的《应用生物行为研究杂志》上，珍妮特·奥德瑞恩博士及其同事发现焦虑与尼古丁摄入量显著相关。与吸烟相关的焦虑中最大的辅助因素是上瘾程度，当人们吸烟是因为他们过了糟糕的一天，吸烟是为了醒来，以及吸烟时自尊心较低。

抑郁症

吸烟也与抑郁症密切相关。尼古丁和其他烟草添加剂对多巴胺和血清素有直接的负面影响，这两种神经递质与抑郁症和心理健康有关。一些吸烟者可能会使用香烟来感觉更好，而尼古丁戒断本身首先可能会导致抑郁。在2008年1月的《尼古丁与烟草研究》杂志上，Michael Lyons博士及其同事发现重度抑郁与每天吸烟以及尼古丁戒断有显著的关联。一些伴随的抑郁症状是紧张、不安和难以集中注意力。

认知

吸烟也会对认知能力产生严重的负面影响，尤其是长期吸烟者。尼古丁直接影响与学习、记忆和认知有关的神经递质。香烟中的数百种添加剂也对认知有负面影响。长期吸烟者随着年龄的增长特别容易患痴呆症。在2007年8月的《神经心理学评论》上，加里·斯旺博士和他的同事发现，吸烟与大脑物质退化、细胞死亡、反复测量后的认知能力下降和痴呆有显著的关联。在报告中，他们还发现，吸烟的母亲会增加孩子神经发育缺陷的风险。