Многое из того, что известно о том, как галлюциногены, в том числе и мескалин воздействуют на мозг, было зафиксировано в ходе исследований, проведенных с LSD в 1960-х и 1970-х годах. Химическая структура этих видов наркотиков аналогична серотонину, естественному веществу в нашем организме.

Серотонин является нейромедиатором, или химическим веществом, которое передает сигнал от одной нервной клетки к другой для того, чтобы передать сообщение в мозг. Серотонин является не единственным нейромелиатором, но особенно важным, так как он регулирует некоторые другие нейромедиаторы.

Галлюциногены нарушают нормальное взаимодействие между нервными клетками и нейромедиаторами в головном мозге путем воздействия на серотониновые рецепторы. Это вызывает странное искажение зрения, обоняния, звука и восприятия окружающего мира.

Эмоции могут быть сильно преувеличены или неуместными из-за химических изменений, происходящих в мозгу. Характерным являются быстрые колебания настроения, при которых человек может сильно смеяться, а уже через несколько секунд дрожать от необъяснимого страха. Эмоции могут показаться многослойными и приходить подобно волнам. Человек, принявший галлюциногены, может испытывать повышенное внимание к вещам, что может привести к путанице в сознании.

Вдобавок к воздействию на рецепторы серотонина, мескалин также стимулирует дофаминовые рецепторы. До сих пор остается неизвестным, как именно мескалин провоцирует выработку дофамина. Существует несколько версий: либо мескалин инициирует выпуск дофамина, либо он обладает свойствами агониста дофаминовых рецепторов.