長期的な低用量のニコチン暴露が受容体の脱感作を引き起こし、抗うつ効果が現れることが確認されているが、女性よるたばこの喫煙ではうつ病の罹患リスクが高まる。
詳細は喫煙と統合失調症（英語: Schizophrenia and tobacco smoking）を参照。ADHDのケースと同様に、統合失調症と診断されている人の喫煙率は極めて高いことが20カ国以上で行われた研究によって判明している。2006年の米国の喫煙者の割合は全人口においては20%であったが、統合失調症患者においては80%であった。原因として統合失調症の症状および抗精神病薬の副作用による認知能力の低下をニコチンで補う自己治療仮説などが考えられているが、未だはっきりした結論は出ていない。統合失調症患者の平均寿命は健常者の80%程度と低いが、それにはこの高い喫煙率が深く寄与していると考えられている。
ニコチンが強迫行動を抑えることが示唆されている。8週間のニコチンガムの使用によって5人の被験者中4人の強迫性障害が改善された。薬物を用いて強迫症状を誘発させたラットにニコチンを投与すると強迫症状が低減された。
ADHDと診断された人の喫煙率が高いことは良く知られている。これは自己治療仮説で最もよく説明され、薬理学的根拠と実験結果により支持されている。ニコチンパッチの投与直後に認知能力が改善された研究報告がある。
ニコチンはADHD、強迫性障害、統合失調症、うつ病、アルツハイマー病などの認知能力および行動の制御になんらかの問題を生じる疾患および障害に対し治療効果があることが実験結果により確かめられている。そのためニコチンと同様の薬理作用を持つ治療薬の開発が進められ、医薬品として承認、販売されている。詳細はニコチン性アセチルコリン受容体作動薬（英語: Nicotinic agonist#Drug development）を参照。
1970年代にイギリスのモーズレイ病院の精神医学研究所にて、たばこにおけるハーム・リダクション（有害性低減）が提唱され、先駆者のマイケル・ラッセルは、ニコチンのために喫煙しながらタールによって死んでいると述べたが、2007年にも、英国王立医師会のタバコの助言に関する報告書は、ニコチン自体は危険ではなくタバコの代替品として提供されれば、数百万人の人命を救えることを報告している。ニコチン置換療法でのニコチンの提供では、33000人以上の観察研究やメタアナリシスによって、心血管疾患のリスク上昇がみられていない。ニコチン蒸気を吸入する電子たばこは燃焼されたタバコよりもはるかに害が小さい可能性が高い。日本では、ニコチン依存症を治療するためのニコチン製剤であるニコチンパッチやニコチンガムが医薬品として承認されている。
ニコチンは代謝酵素であるシトクロムP450ファミリーの発現を誘導する。このためたばこの喫煙者はシトクロムP450で代謝される薬の効きが悪くなり、治療効果が得にくくなることがある。
腹側被蓋野(Ventral Tegmental Area: VTA)にあるα4β2ニコチン性アセチルコリン受容体と結合し、ドーパミン、β-エンドルフィンを放出する。それにより多幸感が生じる。これは一般に報酬系と呼ばれ、依存症を形成する。
ニコチンは、骨格筋および脳に存在するニコチン性アセチルコリン受容体のアゴニストとして振る舞う。主に脳内の受容体に対し結合し、神経伝達物質（ドーパミン、アドレナリン、β-エンドルフィン）の放出が促進される。ニコチンによるこれらはアロステリックに作用する。例えば少量の摂取であれば興奮作用が生じるが、摂取量が増えるに連れて鎮静作用が現れる。この現象は"ネスビット・パラドックス"として古くから知られている。神経伝達物質の濃度が上昇することにより、次のような作用が現れる。
ミハイル・コーシュキン（Михаил Кошкин；1898年12月3日 - 1940年9月26日）は、ソ連の戦車設計師。第二次世界大戦時の赤軍の主力戦車T-34を設計した。ヤロスラフ州ブルインチャギ村出身。父は7歳の時に亡くなり、母親は女手一つで3児を育てた。1917年、赤軍に召集。ロシア内戦終結後、1921年～1924年、共産主義大学で学んだ。1929年、レニングラード工業大学に派遣され、「自動車・トラクター」講座に編入された。1934年、コーシュキンは、技師となり、S.M.キーロフ記念レニングラード試験機械製造工場に送られた。当時、同工場では、T-43、T-46-1、T-29、T-46-5、T-100が開発・製造されていた。コーシュキンは、T-29とT-46-5の開発に参加し、既存戦車・新規試作車試験業務を指導した。1937年11月、ウクライナのハリコフ機関車工場(第183工場、現・V・O・マールィシェウ記念工場)の戦車設計局局長に、粛清で追われたA. フィロソフの後任として着任した。同工場で生産していたBT-7の改良を手掛けた後、その発展型である試作戦車A-20、A-32を作り上げた。このA-32に装甲増厚、履帯幅の拡大、武装強化など小改良したものが、T-34となる。コーシュキンは激務が祟り、T-34の最初の量産車が完成して11日後、肺炎が悪化して死去した。コーシュキンが生涯で設計した戦車で、量産までこぎつけたのは1車種だけだったが、それがT-34だった。T-34の設計に対して、コーシュキンには死後、スターリン賞（1942年）、社会主義労働英雄（1990年）の称号が授与された。