前述したギャンブル依存症の診断基準はすべて心理または社会的行動の変化を対象としており、医学的診断に通常みられる生理学的・生化学的変化に着目したものがない。これはギャンブル依存症がもたらす生理学的・生化学的変化の解明が不十分であることによる。ただしそうした変化の解明は徐々に進みつつある。
生理学的研究.
生理学的な研究として、ギャンブル依存者と健常者にギャンブルの対象となるゲームをさせた際の心拍数の比較がある。健常者の心拍数はゲーム中に増加するものの終了後すぐに平常値に戻る。これに対しギャンブル依存者の心拍数はゲーム開始後の増加が早く、しかもゲーム終了後も増加している状態（頻脈）が長時間持続する。このことから、ギャンブル依存者はギャンブルの対象となるゲームをした際に過度に興奮し、しかも興奮から醒めにくい身体的特徴を帯びていると推測される。ギャンブル依存者は知的な作業をさせた際の脳波測定（脳波の左右差の測定）においても特徴を示す。健常者の場合、言語的な作業をさせると左半球が、図形的・感覚的な課題を与えると右半球が活動を高めるが、ギャンブル依存者にはこのような活動の高まりがみられない。
生化学的研究.
神経伝達物質に関する研究.
ただしこの研究については、ギャンブル依存症を発症したからドーパミンとノルアドレナリンが働きを強めセロトニンの働きが低下するのではなく、もともとドーパミンとノルアドレナリンの働きが強くセロトニンの働きが弱い人間がギャンブル依存症を発症するのだとする見解もある。この見解に立ちつつ、ドーパミンが新奇性の追求、ノルアドレナリンが報酬に依存した（報酬があれば行動を続け、報酬がなければ行動をやめる）態度、セロトニンが危険回避を司るとした場合、新奇なものに敏感で報酬があれば行動を続け、損害を顧みない性格の持ち主はギャンブル依存症を発症しやすいという仮説を導くことができる。
名称.
一方、国会等で議論されている自民、公明両党提出の「ギャンブル等依存症対策基本法案」では「ギャンブル等依存症」という用語が用いられており、「ギャンブル等にのめり込むことにより日常生活又は社会生活に支障が生じている状態」と定義されている。なお、ギャンブルの後に「等」がついているのは依存症として問題視されているパチンコ・パチスロが法的には賭博ではなく遊技と位置付けられている事情による。