Noen forskere mener sosial fobi er knyttet til en kjemisk ubalanse i hjernen i forhold til nevrotransmitteren serotonin. Lav Dopamin 2 reseptorbinding er funnet hos mennesker med sosial angst. Effekten medikamenter som påvirker serotonin- og dopamin-nivåer har på sosial fobi tyder på at dette kan ha betydning. Det er også økende interesse for andre nevrotransmitteres betydning, for eksempel noradrenalin som kan være overaktiv ved sosial angstlidelse. Også den inhibitoriske transmitteren GABA får nå økt oppmerksomhet.