La radice biologica degli effetti psichedelici e terapeutici, cioè degli effetti acuti e a lungo termine di queste sostanze, non è ancora stata determinata chiaramente. Ciò che è certo è che sembrano tutte essere legate all’attivazione del recettore serotoninergico 5-HT2AR. Questo recettore è espresso ampiamente in tutto il cervello, ed è associato alle funzioni cognitive ed alle interazioni sociali. L’attivazione di questi recettori va a modificare l’attività di un enzima chiamato fosfolipasi C, ed il bloccaggio di questo recettore è in grado di annullare gli effetti degli psichedelici e migliorare i sintomi psicotici dei pazienti con schizofrenia. Infatti, molti farmaci antipsicotici agiscono come antagonisti di questo recettore. L’effetto a livello cerebrale sembrerebbe quello di mettere in connessione aree normalmente non comunicanti, creando uno stato di estrema disorganizzazione dell’attività cerebrale, detto in termini più tecnici di elevata entropia, che sembrerebbero però in grado di permettere il superamento di schemi mentali disfunzionali e quindi generare effetti positivi a lungo termine. Nel caso della psilocibina ad esempio stato dimostrare la capacità di resettare l’attività elettrica disfunzionale dei circuiti cerebrali dei pazienti depressi, mentre altre sostanze come l’LSD e il DMT sembrano in grado di stimolare la formazione di nuove connessioni sinaptiche.