Neurotransmitter memegang peran penting dalam patofisiologi gangguan cemas menyeluruh atau generalized anxiety disorder (GAD). Pada sistem saraf pusat, neurotransmitter seperti norepinefrin, serotonin, dopamine, dan GABA memegang peran penting. Neurotransmitter dan peptida lain seperti corticotropin-releasing factor, mungkin ikut terlibat dalam patofisiologi penyakit ini walaupun belum jelas pengaruhnya.

Sistem saraf simpatis memegang peran penting dalam terjadinya manifestasi klinis penyakit ini. Dengan modalitas pencitraan positron emission tomography (PET) ditemukan bahwa terjadi peningkatan aliran neurotransmitter pada regio parahipokampus serta penurunan ikatan serotonin tipe 1A dengan reseptornya pada regio anterior dan posterior korpus singulata pasien.[2,3]

Bagian dari otak yang terlibat dalam patofisiologi gangguan cemas menyeluruh adalah amigdala yang memegang peran penting dalam memodulasi ketakutan dan kecemasan. Pada pemeriksaan pencitraan otak pasien gangguan cemas menyeluruh ditemukan bahwa terjadi peningkatan respons pada stimulus kecemasan. Peningkatan respons ini terjadi karena penurunan ambang batas ketika merespon pada peristiwa sosial biasan.