Романтическая любовь, или влюбленность, связана с комплексным возбуждением нескольких отделов мозга. 

Во-первых, это дофаминэргические подкорковые области, отвечающие за положительное подкрепление («система награды»), чувство удовольствия, эйфорию. В этих областях много рецепторов дофамина и окситоцина . Сюда относятся хвостатое ядро (caudate nucleus) и скорлупа (putamen). 

Это те области, которые возбуждаются под действием кокаина (потому что кокаин подавляет обратное всасывание дофамина нервными окончаниями, которые выделяют дофамин).

Во-вторых, при страстной любви возбуждаютсяостровок (insula) и передняя часть поясной извилины (anterior cingulate cortex) — отделы, имеющие отношение к сексуальному возбуждению.

В-третьих, снижается возбуждение миндалины(amygdala; отвечает за страх, тревожность, беспокойство) и задней части поясной извилины (posterior cingulate cortex). 

По-видимому, передняя часть поясной извилины отвечает за переживание счастливой любви и сексуального возбуждения, тогда как ее задняя часть активизируется при переживании несчастной любви или горя от утраты любимого — например, у вдов, которым показывают фотографию недавно умершего мужа.В целом характер специфического возбуждения подкорковых областей в ответ на стимулы, связанные с объектом страсти, указывает на то, что речь тут идет не только об эмоциях, но и о мотивации целенаправленного поведения (установка на сближение, соединение с любимым). 

Об этом говорит, в частности, возбуждение хвостатого ядра, работа которого связана с целеполаганием, ожиданием награды и подготовкой к активным действиям.

В-четвертых, когда влюбленным показывают на долю секунды имя любимого человека (так, чтобы они не успели даже осознать, что прочли его), регистрируется возбуждение нескольких «высших» (корковых) участков мозга, отвечающих за социальное познание (social cognition), концентрацию внимания и мысленную репрезентацию (образ) самого себя. 

Обнаружить связь этих «высших», когнитивных отделов со страстной любовью методологически труднее, чем «эмоциональных» областей, потому что сканирование обычно проводят в течение довольно длительного времени (17–30 секунд), за которое испытуемый успевает подумать о многом. Но они четко выявляются, если стимул, связанный с объектом страсти (например, имя) не достигает сознания испытуемого.