O sistema nervoso autônomo está sincronizado com o medo e leva a respostas no sistema cardiovascular com aumento de pressão arterial e frequência cardíaca, preparando o corpo para estado de fuga ou luta em reação a uma ameaça real. Essas respostas ocorrem mediadas por conexões entre a amígdala e núcleo da rafe, local dos corpos celulares dos neurônios noradrenérgicos.

Os três principais neurotransmissores associados à ansiedade, com base em estudos com animais e em respostas a tratamento medicamentoso, são a norepinefrina, a serotonina e a dopamina.

A maioria dos antidepressivos que aumenta disponibilidade de serotonina na fenda sináptica, por bloquear recaptação de serotonina, é efetiva no tratamento de sintomas de ansiedade, mas está associada, entre outros efeitos colaterais, à disfunção sexual. As estratégias propostas para combater a disfunção sexual em pacientes que recebem inibidores seletivos de receptação de serotonina incluem uso adjuvante de ioimbina, bupropiona ou mirtazapina; redução da dose; ou uso adjuvante de sildenafil.

Há evidência sólida de que pelo menos algum componente genético contribui para o desenvolvimento dos transtornos de ansiedade. A hereditariedade tem sido reconhecida como um fator predisponente no desenvolvimento desses transtornos. Exceto os pacientes com transtorno de pânico, quase metade dos pacientes com transtornos de ansiedade tem, no mínimo, um parente afetado. As taxas para transtorno de pânico, embora não tão elevadas, também indicam uma frequência mais alta da doença em parentes em primeiro grau de pacientes afetados em comparação com parentes de pessoas não afetadas.

No tratamento do transtorno de pânico, a paroxetina tem efeito sedativo e tende a acalmar os pacientes de imediato, o que leva a maior adesão e a menos interrupções. Além disso, ela tem baixo potencial de ganho de peso.