Ved PTSD er det primært et samspil mellem amygdala, hippocampus og præfrontal cortex, der er i ubalance. Amygdala fungerer som hjernens alarmsystem og er hyperaktiv hos personer med PTSD. Det betyder, at selv små stimuli kan udløse en voldsom frygtreaktion, da amygdala fejlagtigt tolker situationen som livsfarlig.
Normalt vil den præfrontale cortex, som fungerer som hjernens rationelle kontrolcenter, kunne regulere amygdala ved at sende dæmpende signaler. Ved PTSD er denne top-down regulering svækket. Det betyder, at den logiske del af hjernen har svært ved at overbevise den følelsesmæssige del om, at faren er drevet over.
Samtidig spiller hippocampus en central rolle. Hippocampus har til opgave at placere minder i en kontekst og tid. Hos personer med PTSD fungerer hippocampus ikke optimalt med at tidsfæste minder. Derfor kan traumatiske minder føles som om de sker lige nu. Når et minde føles aktuelt, kan nervesystemet ikke deaktivere alarmen, da hjernen tror, at den faktiske fare stadig er til stede. Dette skaber en vedvarende tilstand af hyperarousal, hvor kroppen konstant er i højeste beredskab.
