La via biosintetica della nicotina comporta una reazione di accoppiamento tra le due strutture cicliche che compongono la nicotina. Studi metabolici dimostrano che l'anello piridinico della nicotina deriva dall'acido nicotinico, mentre l'anello pirrolidinico deriva dal catione N-metil-Δ1-pirrolinio. La biosintesi delle due strutture componenti procede attraverso due sintesi indipendenti, la via per l'acido nicotinico e la via tropano per il catione N-metil-Δ1-pirrolinio.