Disregulacija serotoninskega sistema v možganih je bila vpletena v različne psihološke motnje in stanja. Ena pogosta duševna bolezen, povezana z neravnovesjem serotonina, je depresija. Za depresijo so značilni vztrajni občutki žalosti, izguba zanimanja za dejavnosti ter težave s spanjem, apetitom in koncentracijo. Disregulacija ravni serotonina lahko vpliva na razpoloženje, čustveno regulacijo in sposobnost doživljanja užitka, kar so glavne značilnosti depresije.