Neurotransmitter memegang peran penting dalam patofisiologi gangguan cemas menyeluruh. Pada sistem saraf pusat, neurotransmitter seperti norepinefrin, serotonin, dopamine, dan GABA memegang peran penting. Neurotransmitter dan peptida lain seperti corticotropin-releasing factor, mungkin ikut terlibat dalam patofisiologi penyakit ini walaupun belum jelas pengaruhnya. Sistem saraf pusat simpatik memegang peran penting dalam terjadinya manifestasi klinis penyakit ini. Dengan modalitas pencitraan PET ditemukan bahwa terjadi peningkatan aliran neurotransmitter pada regio parahipokampus dan penurunan ikatan serotonin tipe 1A dengan reseptornya pada region anterior dan posterior korpus singulata pasien.[2,3]

Bagian dari otak yang terlibat dalam patofisiologi gangguan cemas menyeluruh adalah amigdala yang memegang peran penting dalam memodulasi ketakutan dan kecemasan. Pada pemeriksaan pencitraan otak pasien gangguan cemas menyeluruh ditemukan bahwa terjadi peningkatan respons pada stimulus kecemasan. Peningkatan respons ini terjadi karena penurunan ambang batas ketika merespon pada peristiwa sosial biasan. Amigdala dan sistem limbik berhubungan erat dengan korteks prefrontal. Pada pasien cgm juga dapat ditemukan aktivasi abnormal sistem limbik dan korteks prefrontal yang berhubungan dengan respons klinis pada terapi farmakologis dan non farmakologis pada pasien. Pada pemeriksaan MRI ditemukan bahwa pasien dengan gangguan cemas menyeluruh memiliki volume lobus temporal yang lebih kecil.[2,4]