Los estudios científicos han encontrado que numerosas áreas del cerebro muestran actividad alterada en pacientes que sufren depresión, y esto ha alentado a los defensores de varias teorías que buscan identificar un origen bioquímico de la enfermedad, en oposición a las teorías que enfatizan las causas psicológicas o situacionales. A lo largo de los años, se han sugerido varias teorías sobre la causa de la depresión de base biológica, incluidas teorías que giran en torno a los neurotransmisores de monoaminas, la neuroplasticidad, la inflamación y el ritmo circadiano.
Los circuitos neuronales implicados en la depresión incluyen aquellos involucrados en la generación y regulación de la emoción, así como en la recompensa. Las anomalías se encuentran comúnmente en la corteza prefrontal lateral, cuya función putativa generalmente se considera que implica la regulación de la emoción. Las regiones involucradas en la generación de emoción y recompensa, como la amígdala, la corteza cingulada anterior (ACC), la corteza orbitofrontal (OFC) y el estriado, también están implicadas con frecuencia. Estas regiones están inervadas por un núcleo monoaminérgico, y la evidencia tentativa sugiere un papel potencial para la actividad monoaminérgica anormal.