Fumar é viciante devido ao seu componente principal: a nicotina. Nicotina é droga derivada da família das solanáceas que age como estimulante, mas cria dependência rápida.
Segundo o Serviço Nacional de Saúde (NHS), a nicotina altera químicas do cérebro. Aumenta produção de dopamina e noradrenalina estimulando áreas cerebrais que as produzem. Isso produz "onda de nicotina", logo após a primeira tragada. Hábitos de fumar aumentados aumentam a dependência cerebral dessa onda, por isso o vício acontece.
O vício afeta o cérebro desde o primeiro cigarro. Nicotina estimula e satura receptores cerebrais. Segundo Why Quit, após a primeira tragada, "50% dos receptores de acetilcolina da via de dopamina seriam ocupados por nicotina... antes de terminar o primeiro cigarro, a nicotina satura quase todos". Receptores ficam dessensibilizados e produzem menos dopamina, levando o cérebro a criar mais receptores. O fumante fuma mais para estimular os novos receptores e manter a onda.
Genética pode aumentar probabilidade de dependência de nicotina e cigarro. Estudo da Nature Genetics analisou DNA de mais de 140 mil fumantes e não fumantes, encontrando variações em genes específicos que tornam alguns mais propensos a começar a fumar e a permanecer viciados por mais tempo. Esses genes também contribuem para maior risco de câncer de pulmão.