Dans le système nerveux périphérique, elle joue le rôle d'analeptique circulatoire (stimulant des fonctions assurant la circulation sanguine).
Au niveau du système nerveux central (SNC) elle a un effet globalement stimulant. Elle est impliquée dans les phénomènes de dépendances via le système de récompense. Par exemple, la cocaïne provoque une inversion du fonctionnement du système de recapture de la dopamine qui est chargé de diminuer son action. La nicotine provoque aussi une augmentation de la transmission dopaminergique.
De plus, elle est impliquée dans le phénomène de contrôle des fonctions motrices. La maladie de Parkinson est une maladie dont la cause est la dégénérescence d'un groupe de neurones (dans la substance noire) produisant de la dopamine. Le médicament L-dopa ralentit la progression de la maladie, car le cerveau transforme cette substance en dopamine.
Au contraire, une surutilisation de la dopamine présente dans le cerveau entraîne la schizophrénie, ce qui engendre des hallucinations et des perturbations de la pensée et des émotions.
Elle est aussi impliquée dans la zone cérébrale non incluse dans la barrière hématoencéphalique responsable du réflexe de vomissement, ce qui explique l'effet anti-émétique des neuroleptiques (antagonistes dopaminergiques).
La pratique régulière d'un sport permet d'augmenter la sécrétion naturelle de dopamine.
Elle est aussi impliquée dans le trouble de déficit de l'attention/hyperactivité (TDAH), dont la cause est un problème de recapture de la dopamine par les synapses.