Gracias a varias décadas de investigaciones dedicadas a las bases biológicas de la enfermedades mentales, se han logrado considerables progresos en el conocimiento del funcionamiento del cerebro y se han podido proponer hipótesis muy interesantes respecto a la fisiopatología de dichas enfermedades. Este artículo contiene una breve reseña histórica sobre las observaciones bioquímicas que condujeron a las hipótesis actuales en ese campo. Tales observaciones se refieren sobre todo a tres grandes sistemas de neurotransmisores cerebrales: el dopaminérgico, el noradrenérgico y el serotoninérgico. Hoy en día, estas hipótesis se amplían y encuentran nuevas bases, por una parte con la observación de que la mayoría de los psicotropos tienen efectos plásticos sobre las neuronas (neuroprotectores y neurotróficos), y por otra gracias al diagnóstico cerebral por imágenes, que permite localizar algunas anomalías del funcionamiento del cerebro asociadas a los estados psicopatológicos. En la primera parte se propone una revisión de las hipótesis actuales relativas a la forma de acción de los psicotropos (neurolépticos, antidepresivos, ansiolíticos y timoestabilizadores). En la segunda parte, se presenta un inventario de las principales estructuras cerebrales que parecen estar implicadas (córtex prefrontal, hipocampo, amígdala, tálamo, cuerpo estriado), con un breve resumen de su papel y de las anomalías funcionales y estructurales observadas en ellas a través del diagnóstico cerebral por imágenes y de la anatomopatología. Al mismo tiempo, se examinan los principales argumentos en favor de la hipótesis neuroevolutiva de las enfermedades mentales. Sin embargo, del conjunto de estos datos resulta que las verdaderas causas biológicas de dichas enfermedades aún se desconocen. En efecto, su expresión clínica nunca coincide con lo que se sabe de las vulnerabilidades biológicas que podrían favorecer su aparición.