Im menschlichen Gehirn ist der Pregnenolon-Spiegel um ein Vielfaches höher als im Blut. Dies deutet bereits auf die wichtige Rolle von Pregnenolon als Neurosteroid hin. Dabei kooperiert Pregnenolon mit verschiedenen Andockstellen im Gehirn, wie beispielsweise den GABA-  (Gamma-Amino-Buttersäure) oder den NMDA-Rezeptoren (N-Methyl-D-Aspartat). NMDA spielt eine wichtige Rolle für die Signalübertragung der Nervenzellen im Bereich der Synapsen.
Im Alter nimmt die Anzahl der NMDA-Rezeptoren ab, was zu einer Verminderung der Lern- und Merkfähigkeit führt. Durch das Anheben des Pregnenolon-Spiegels kann diese Auswirkung reduziert werden. Viele Studien der letzten 30 Jahre konnten zeigen, dass mit einer gering dosierten Zufuhr von Pregnenolon die Gedächtnisleistung verbessert werden kann. Bei jüngeren Menschen, die häufig Stresszuständen ausgesetzt sind, führt die Einnahme von Pregnenolon ebenfalls zu einer Steigerung der Hirnleistung und zu einer höheren Stressresistenz. Pregnenolon gehört zu den effektivsten Hormonen zur Verbesserung des Gedächtnisses.