OCD har blitt knyttet til avvik forbundet med nevrotransmitteren (signalstoffet) serotonin, men det er uklart om disse unormalitetene er en årsak til eller en effekt av tvangslidelse. Serotonin er antatt å ha en rolle i å regulere angst. For å sende kjemiske signaler fra et nevron til et annet trenger serotonin å binde seg til reseptorer på omkringliggende nerveceller. Det er en hypotese at serotoninreseptorene kan være relativt understimulert ved tvangslidelse. Denne antakelsen er i tråd med observasjonen at mange OCD-pasienter har nytte av bruk av selektive serotonin reopptakshemmere (SSRI), en klasse av antidepressive medikamenter som forårsaker at mer serotonin blir tilgjengelig for andre nerveceller.