Nikotin adalah sebatian kimia yang terdapat dalam tembakau. Apabila tembakau dihisap, nikotin diserap melalui lapisan dinding kantung udara kecil di dalam paru-paru. Apabila dihidu atau dikunyah, ia diserap melalui selaput lendir hidung atau mulut. Nikotin juga boleh diserap melalui kulit.

Tidak kira bagaimana nikotin diserap, ia memasuki aliran darah di mana ia beredar ke seluruh badan dan bergerak ke otak di mana ia melintasi penghalang darah-otak. Sekali di otak, ia mengikat dan mengaktifkan reseptor yang dipanggil reseptor kolinergik.

Reseptor kolinergik ini terdapat di dalam otak dan juga di kawasan lain seperti otot, jantung, kelenjar adrenal dan organ penting lain. Biasanya, reseptor ini diaktifkan oleh neurotransmitter asetilkolin yang dihasilkan pada hujung saraf di dalam otak dan dalam saraf sistem saraf periferi.

Tindakan asetilkolin membantu mengekalkan pernafasan yang sihat, fungsi jantung, pergerakan otot dan fungsi kognitif seperti ingatan.

Oleh kerana nikotin mempunyai struktur yang serupa dengan asetilkolin, ia boleh mengaktifkan reseptor kolinergik. Walau bagaimanapun, tidak seperti asetilkolin, nikotin memasuki otak dan mengganggu fungsi normalnya. Merokok yang kerap membawa kepada perubahan dalam bilangan reseptor kolinergik dan perubahan dalam kepekaan mereka terhadap nikotin. Ini boleh membawa kepada perkembangan toleransi nikotin.

Apabila ini berlaku, orang yang terjejas perlu menggunakan nikotin dengan kerap untuk mengekalkan fungsi otak yang normal. Jika tahap nikotin jatuh, perokok mungkin mengalami gejala penarikan diri yang tidak menyenangkan yang membawa kepada mereka "menaikkan" tahap nikotin mereka dengan merokok semula. Kerana sifatnya yang sangat ketagihan, merokok dianggap oleh Persatuan Jantung Amerika sebagai salah satu ketagihan yang paling sukar untuk dihentikan.