Noha számos vegyület és kémiai anyag van jelen a cigarettában, hatását (így a függőség kialakulását is) elsősorban a nikotin közvetíti. A nikotin a belélegzett füsttel együtt a tüdőbe, majd onnan az artériás véráramba jut; innen rendkívül gyorsan, 7-8 másodperc alatt éri el az agyat és annak nikotinos acetilkolin receptorral (nAChR) rendelkező sejtjeit. Az acetilkolin egy úgynevezett neurotranszmitter, ingerületátvivő anyag, amelyre a nikotin ingerlően hat, fokozva annak termelődését, ezáltal serkentve azon folyamatokat is, amelyek aktiválásában az acetilkolin szerepet játszik. Ennek következtében fokozódik a dopamin és a szerotonin termelődése, amelyek az agy jutalmazó folyamatainak részeként szinte azonnali pozitív, kellemes érzéseket, jó hangulatot okoznak – ez egy jelentős tényező a kémiai függőség kialakulásában. A nikotin a vegetatív idegrendszer neuronjaira is hat, a szimpatikus aktivitás megnövelése nyomán noradrenalin és adrenalin szabadul fel, amelyek serkentőleg hatnak mind az idegrendszer, mind más szervek működésére: növekszik a pulzusszám, a vérnyomás, megemelkedik a vér glükózszintje, illetve szaporábbá válik a légzés. Az emésztőrendszerre gyakorolt hatása folytán lassulnak a bélmozgások (a teltségérzet miatt csökken az étvágy, amelyet sok dohányzó személy a cigaretta egyik fontos előnyeként szokott emlegetni), a székelési reflex ugyanakkor beindulhat. A központi idegrendszerre gyakorolt hatásai következtében a nikotin továbbá javítja a szellemi funkciókat: serkenti a figyelmi folyamatokat, gyorsítja a reakcióidőt és válaszkészséget, élénkítő hatást gyakorol a memóriaműködésre, és csökkenti az álmosságot. [47] A nikotin rendszeres fogyasztása nyomán e hatások megváltoztatják a szervezet működését, amely ekként hozzászokik a nikotinhoz (tolerancia alakul ki). Amennyiben a nikotin pótlása elmarad (a személy nem gyújt rá), e hozzászokás eredményeként a szervezet hiányolni fogja a nikotint, és a megvonás rövid távon igen kellemetlen, úgynevezett megvonási tünetekhez vezet, ami a leszokás egyik legjelentősebb gátja lehet (hangsúlyozandó, hogy e tünetek néhány hét alatt mérséklődnek, ahogy a szervezet alkalmazkodik a nikotin nélküli – eredeti, természetes – működéséhez).