I meccanismi di neurotossicità variano a seconda della categoria dei farmaci considerata. Alcuni farmaci generano degenerazione assonale: tra di essi figurano ad esempio colchicina, sali di oro, analoghi di nucleosidi, taxani (paclitaxel, docetaxel), talidomide, fenitoina e alcaloidi della vinca (vincristina). Altre sostanze, come la suramina, possono invece provocare demielinizzazione. Altri farmaci ancora, come i chemioterapici cisplatino e carboplatino, determinano apoptosi delle cellule dei gangli delle radici dorsali (DRG). Farmaci come gli inibitori delle trascrittasi inverse (NRTI) usati nella cura contro l'HIV, generano disfunzioni mitocondriali legando il DNA mitocondriale delle cellule dei DRG .