上面讨论的神经递质作为化学信息联络各脑区，可以导致PTSD的发生。通过影像学研究已经发现PTSD患者的脑结构和功能已发生了改变。PTSD患者发生变化的大脑区域包括杏仁核、海马和前额叶皮质，这些脑区相互作用，并且形成一个互相联系的神经环路，可调节对紧张和恐惧状况的适应，并且提出PTSD发展与这一环路的变化有关。通过PET研究显示，PTSD患者在某些区域脑血流严重减低，包括眶额皮质、前扣带回、前额叶正中皮质、颞叶下皮质，而在后扣带回，左皮质下相关区域及运动皮质的激活性增加，这些区域与记忆环路有关。PET及功能核磁MRI证实，杏仁核和前旁边缘区对创伤性刺激的反应性增强；而前扣带回和视前区的反应性降低（这些区域与恐惧反应有关）。