Patofisiologi gangguan panik melibatkan banyak neurotransmiter dan peptida di berbagai area otak. Serangan panik akan memicu reaksi vegetatif yang berlebihan dan peningkatan tonus simpatis, yang disertai dengan peningkatan pelepasan katekolamin.[3]

Penelitian brain imaging juga menunjukkan adanya perubahan berupa peningkatan aktivitas reseptor di area limbic dan frontal pada pasien dengan gangguan panik. Amigdala merupakan area utama yang mengalami disfungsi.[1]

Penelitian brain imaging juga menunjukkan bahwa pada gangguan panik terjadi aktivasi nukleus sentralis amigdala dan area-area pusat takut lainnya di otak lainnya (seperti thalamus, hypothalamus, dan hipokampus. Aktivasi area-area ini menyebabkan disregulasi pusat pernafasan di batang otak.[4]