Влюбването се описва не само като емоция, а като сложна физиологична реакция, при която мозъкът и тялото променят нормалната си работа. В ранните стадии се наблюдава силно повишение на допамина — невротрансмитер, свързан с усещането за възнаграждение и мотивация. Това обяснява интензивното мислене за другия човек, честата проверка на телефона и внезапните приливи на еуфория при кратки контакти. Образите и мислите за партньора активират същите мозъчни вериги, които участват при формиране на навици и при зависимости, което прави преживяването по-интензивно и понякога обсесивно.
Промени настъпват и в други неврохимични системи. Нивата на серотонин в някои случаи падат, което се свързва с повишена склонност към анализиране и фиксиране върху детайли на общуването. Същевременно при част от хората се наблюдава промяна в усещането за болка — гледката или мисълта за близък човек може временно да отслаби болковите сигнали, тъй като се задействат центровете за награда. Тези ефекти са временни и характерни за началните етапи, когато доминират очакването и емоционалната стимулация.
Ежедневните функции също се повлияват: много хора спят по-малко, но не изпитват умора в обичайния смисъл, за което допринасят допамин, адреналин и норадреналин — вещества, поддържащи повишена бодрост и готовност. Апетитът може да намалее при едни, а при други да се увеличи, особено към сладки и калорични храни, които допълнително стимулират центровете за удоволствие. Такива промени в рутината — сън, храна и активност — са част от адаптацията на организма към новата емоционална среда.
Емоционалните и социалните прояви се отразяват и на поведението и гласа: комуникацията става по-динамична, а интонацията може да се адаптира несъзнателно спрямо партньора. В началото на връзката се наблюдава и повишаване на кортизола поради несигурност и страх от отхвърляне; при установяване на стабилност ролята на окситоцина се засилва и усилва усещането за привързаност и сигурност. В резултат влюбването представлява едновременен микс от еуфория, тревожност, стремеж към близост и физиологични промени, които оказват реално въздействие върху тялото.