Bipolar bozukluğun etkilediği beynin ana kısmı prefrontal korteksdir. Prefrontal korteks, bipolar bozukluğu olan kişilerde daha küçüktür, Ulusal Akıl Sağlığı Enstitüsü'nü belirtir.
Araştırmalar, bozukluğu olan bazı insanlarda, prefrontal korteksin koşulsuz insanlarda olduğu gibi işlevsel olmadığını göstermektedir. Beyindeki nörotransmiterler de WebMD tarafından belirtildiği gibi bipolar bozuklukta rol oynarlar. Ana katkı serotonindir ve bu doğal kimyasal, depresyon da dahil olmak üzere diğer duygudurum bozukluklarından da sorumlu olabilir. Bipolar bozukluktan muzdarip yakınları olan kişilerin aile öyküsü olmayan insanlardan daha olasıdır.