單胺類遞質是指多巴胺、去甲腎上腺素和5-羥色胺。由于動物實驗中采用了熒光組織化學方法，對中樞內單胺類遞質系統了解得比較清楚。
多巴胺遞質系統主要包括三部位：黑質-紋狀體部分、中腦邊緣系統部分和結節、漏斗部分。黑質-紋狀體部分的多巴胺能神經元位于中腦黑質，其神經纖維投射到紋狀體。腦內的多巴胺主要由黑質制造，沿黑質-紋狀體投射系統分布，在紋狀體貯存（其中以尾核含量最多）。破壞黑質或切斷黑質-紋狀體束，紋狀體中多巴胺的含量即降低。用電生理微電泳法將多巴胺作用于紋狀體神經元，主要起抑制反應。中腦位于邊緣部分的多巴胺能神經元位于中腦腳間核頭端的背側部位，其神經纖維投射到邊緣前腦。結節-漏斗部分的多巴胺能神經元位于下丘腦弓狀核，其神經纖維投射到正中隆起。
去甲腎上腺素系統比較集中，極大多數的去甲腎上腺素能神經元位于低位腦干，尤其是中腦網狀結構、腦橋的藍斑以及延髓網狀結構的腹外側部分。按其纖維投射途徑的不同，可分為三部分：上行部分、下行部分和支配低位腦干部分。上行部分的纖維投射到大腦皮層，邊緣前腦和下丘腦。下行部分的纖維下達脊髓背角的膠質區、側角和前角。支配低位腦干部分的纖維，分布在低位腦干內部。
5-羥色胺遞質系統也比較集中，其神經元主要位于低位腦干近中線區的中縫核內。按其纖維投射途徑的不同，也可分為三部分：上行部分、下行部分和支配低位腦干部分。上行部分的神經元位于中縫核上部，其神經纖維投射到紋狀體、丘腦、下丘腦、邊緣前腦和大腦皮層。腦內5-羥色胺主要來自中縫核上部，破壞中縫核上部可使腦內5-羥色胺含量明顯降低。下行部分的神經元位于中縫核下部，其神經纖維下達脊髓背角的膠質區、側角和前角。支配低位腦干部分的纖維，分布在低位腦干內部。