海马控制应激反应、陈述性记忆和恐惧调节背景，并且是已知的最具可塑性的脑区之一。海马是皮质激素受体密度最高的结构之一，也是应激激素作用的靶器官。大量动物研究显示，应激和应激激素（如糖皮质激素）可导致海马神经元树突形态学改变和抑制神经的发生，加速海马神经细胞的死亡，而广泛地影响认知和学习过程，损害海马依赖性的记忆。PTSD患者海马体积缩小是已被结构影像学研究印证过的。最初的MRI研究证明与对照相比，越战老兵和物质滥用相关的PTSD患者海马体积缩小，在这些研究中海马体积缩小与严重创伤及记忆障碍有关，之后的研究也得到相同的结论。尽管最近有根据认为海马的体积缩小可能是发展为PTSD的因素，实际上，海马的缩小可能是提高应激反应的活性，也可能加重恐惧及不能区别安全和不安全的实质。通过磁共振研究发现，成人PTSD患者海马N-乙酰天门冬氨酸（NAA）水平降低，NAA是神经完整性的标志，值得注意的是，NAA减低与血清皮质醇含量有关。功能神经影像学研究通过词语的陈述性记忆任务检查进一步揭示PTSD患者海马活性作用不足。但是，海马体积的减少是否发生在遭遇创伤以前则需要进一步证实，但这就是PTSD的易感因素之一。海马的解剖和功能缺陷经过成功的SSRI治疗可以逆转，在临床前期试验中SSRI被证明可以增加神经营养因子和神经起源。