多巴胺的作用：影响PD的主要脑区是基底神经节的重要组成部分-黑质致密部(SNPC)。该区域主要由分泌DA的神经元组成，DA是一种重要的脑单胺，主要作为一种抑制性神经递质发挥作用。在健康的大脑中，DA调节纹状体神经元的兴奋性，这些神经元参与控制身体运动的平衡。在PD中，SNPC的DA神经元退化，DA水平降低。DA水平不足会减少对纹状体神经元活动的抑制，从而使其过度放电。这使得PD患者很难控制他们的运动，导致震颤、僵硬和运动迟缓，这是PD相关运动症状的特征。
5-羟色胺(5-HT)也在PD的发展中起重要作用，特别是在一些运动和非运动症状中，包括震颤、认知、抑郁和精神病，以及L-DOPA引起的运动障碍。在小鼠急性注射MPTP后18周内观察到PFC中5-HT水平的下降。同样，猕猴单侧纹状体损伤后，大脑皮层和扣带回前部的5-HT转运体(SERT)水平也有所下降。此外，PFC内SERT免疫阳性轴突减少，中缝神经元5-HT免疫反应减弱，或PD患者脑内PFCSERT结合能力降低。此外，PD患者中缝正中核5-羟色胺能受体(HT1A)缺失25%，与静止性震颤的严重程度相关，提示中脑5-HT投射与PD震颤的启动有关，而不是黑质纹状体DA投射丧失。最近的研究表明，在PD的MPTP模型中，PFC中5-HT的转换可能在执行功能障碍中起关键作用。同样，5-HT的下降与抑郁症的关系已被多位研究者发现，但5-HT的重要性及其与PD进展的关系值得进一步关注。
乙酰胆碱(ACh)在多种神经系统疾病中表达下调，包括帕金森病(PD)和阿尔茨海默病(AD)，乙酰胆碱(ACh)在认知功能中起重要作用。在基底前脑亚区内有一条宽广的细胞团，俗称Meynert基底核(NBM)，主要是胆碱能细胞群。在PD、LBD、AD或其他形式的痴呆患者的NBM中观察到不同的神经元丢失模式，这有力地支持了胆碱能系统参与PD的观点。重要的是，在PD患者死后脑组织的NBM中发现LB的存在和神经元的丢失，这表明胆碱能系统也参与了PD的认知功能障碍。
如Braak等人所报告的。在Lewy小体(LB)形成的病理分期中，α-突触核蛋白(a-Syn)从嗅球和脑干下部依次积聚，并随着PD进展向头侧扩散。与这种疾病的病理形态相一致，桥脑LC的神经元受影响的时间早于头侧中脑SNPC的神经元(第III期)，与PD的进展相一致。在LC中，a-Syn沉积不仅先于SNPC，而且可能比SNPC更重，这一发现贯穿疾病的各个阶段。a-Syn沉积与神经元死亡之间的关系尚不清楚。但人们很容易推测a-syn沉积(发生在最终会死亡的神经元中)可能导致神经元功能障碍，并影响神经递质的释放。如果这一假设是正确的，则PD患者脑内NE缺乏的发生早于DA缺乏的发生。在老年(15个月龄)A53T转基因小鼠的脊髓、嗅球和纹状体中，NE水平的降低而非DA降低与脊髓、嗅球和纹状体的病理变化有关，而与青年(4月龄)A53T转基因小鼠α-Syn病理不相关，提示单独a-Syn积累本身足以引起NE的损伤。LC似乎是早期神经元退行性变的早期靶点。伴有偶发性LB疾病的患者（死后尸检症状为PD前驱期），其LC中的神经元密度低于SNpc。
γ氨基丁酸(GABA)是一种抑制性神经递质，它通过GABA能受体直接控制钙(Ca++)内流，并通过星形胶质细胞网络间接控制钙(Ca++)内流。钙/γ-氨基丁酸(Ca++/GABA)机制在细胞水平和系统水平上稳定神经元的活动。PD时，由于线粒体损伤，Ca(++)缓冲系统受损，导致SNPC的Ca(++)兴奋性毒性，而Ca(++)缓冲则由GABA活性控制。据观察，80%的新诊断的PD患者存在嗅觉异常，这是由于嗅球内DA神经元受损所致。中脑和嗅觉系统中DA神经元的功能均受胶质细胞源性神经营养因子(GDNF)的调控，而胶质细胞源性神经营养因子(GDNF)也受Ca++/GABA系统的调节。GDNF对GABA能细胞具有化学吸引作用，对DA轴突有较强的化学吸引作用。GDNF对PD动物模型纹状体GABA能神经元有保护作用，但对SNPC无保护作用，提示GABA/Ca(++)系统的崩溃参与PD的DA神经元死亡。
纹状体GABA能神经元表达腺苷A2A受体，腺苷A2A受体已成为改善帕金森病运动功能的药物靶点。这些受体也位于丘脑和大脑皮层，一些证据表明，受体活性的增加与认知能力的恶化有关。腺苷A2A拮抗剂可以增加前额叶皮质的多巴胺活性，初步证据表明，腺苷A2A拮抗剂可以改善PD的认知功能，特别是工作记忆。
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