Nicotine bindt aan en activeert nicotinerge acetylcholinereceptoren (nAChR's) op het postsynaptische membraan, voornamelijk in het centrale zenuwstelsel. Deze receptoren zijn ionkanalen die de stroom van ionen door het membraan mogelijk maken, wat leidt tot depolarisatie en de overdracht van een zenuwsignaal.

Binnen het centrale zenuwstelsel beïnvloedt nicotine voornamelijk het mesolimbische dopaminesysteem, een netwerk van hersengebieden die betrokken zijn bij beloning en plezier. Nicotine werkt in op de nAChR's in dit systeem, waardoor dopamine vrijkomt, wat gepaard gaat met gevoelens van plezier en versterking. Dit positieve versterkende effect is de drijvende kracht achter de verslavende eigenschappen van nicotine en draagt ​​bij aan het voortgezette gebruik van tabaksproducten, ondanks de negatieve gevolgen ervan voor de gezondheid.

Naast het centrale zenuwstelsel kan nicotine ook nAChR's in andere delen van het lichaam beïnvloeden, zoals het perifere zenuwstelsel en de autonome ganglia. Deze effecten omvatten een verhoging van de hartslag, bloeddruk en ademhalingsfrequentie, evenals het ontspannen van de gladde spieren in de luchtwegen en het spijsverteringsstelsel.