patofisiologi gangguan bipolar melibatkan interaksi antara berbagai neurotransmiter, hormon, dan steroid. Episode manik diperkirakan dipicu oleh kelebihan neurotransmiter katekolamin, sedangkan depresi akibat kekurangan neurotransmiter katekolamin
persyarafan neuronal yang terlibat dalam patofisiologi gangguan bipolar diperkirakan adalah sistem dopaminergik, jaras sitokin inflamatorik, stress oksidatif dan nitrosatif, disfungsi mitokondrial, stress retikulum endoplasma, perubahan pada jaras CREB dan sistem neurotrofik, neuroinflamasi, jaras triptofan, dan disregulasi aksis hipotalamik-pituitari-adrenal
Penelitian neuroimaging menemukan adanya pembesaran ventrikel, penurunan grey matter pada area hipokampus, fusiform, dan cerebellum setelah episode manik. Sering juga ditemukan penurunan grey matter pada sisi rostral kiri korteks cinguli anterior dan korteks fronto-insular kanan