Các nghiên cứu về vấn đề gây nghiện chết người của thuốc lá đã cho thấy để có thể từ bỏ hẳn việc hút thuốc, người hút phải đương đầu với những phản kháng của thể chất lẫn tinh thần trong việc cưỡng lại cảm giác thèm nicotine. Ngoài ra, nicotine là chất hoạt tính dược lý gây độc tố cấp tính và khi đi vào cơ thể thì được phân bố rộng khắp. Ngoài việc gây ra nghiện, nó còn kích hoạt đa lộ trình sinh lý liên quan tới sự tăng trưởng và phát triển của bào thai, chức năng miễn dịch, hệ tim mạch và hệ thần kinh trung ương và là chất sinh ung thư.

Khi người hút thuốc lá hít phải khói thuốc, nicotine trực tiếp ngấm qua lưỡi, mặt khác trong khói thuốc có hơn 4000 chất độc cùng với nicotine được hít vào sẽ hấp thụ rất nhanh qua màng cơ thể như niêm mạc miệng, phế nang - mao mạch tại phổi. Sau khi hấp thụ qua mao mạch phổi, nicotine đi nhanh vào tĩnh mạch phổi, qua tim trái, rồi đi nhanh lên não trong thời gian rất ngắn từ 7 đến 10 giây, đạt nồng độ trong máu động mạch gấp 10 lần máu tĩnh mạch vào máu. Từ đó máu sẽ hấp thụ rất nhanh chất gây nghiện này, cùng carbon monoxide và một số độc tố khác, rồi mang chúng đi phân phối khắp cơ thể.

Nicotine vào máu một phần bị phân hủy ở gan, nicotine được đào thải ra ngoài qua nước tiểu. Lượng nicotine đào thải qua nước tiểu bằng khoảng 15% lượng nicotine đã được hấp thụ vào cơ thể. Nicotine còn được thải qua nước bọt, qua phổi, mồ hôi, nhưng không qua mật. Đây chính là cơ sở khoa học của các xét nghiệm định lượng nồng độ cotinine trong nước tiểu hay cotinine nước bọt nhằm đánh giá chuyển hóa của nicotine trong cơ thể. Bán chu kỳ sinh học của nicotine trong cơ thể rất ngắn chỉ từ 1,5h đến 2h vì vậy cứ sau một khoảng thời gian 2 - 3h người hút thuốc lá lại có cảm giác thèm và muốn hút tiếp. Phần nicotine tự do trong máu được đào thải phần lớn ra ngoài, còn phần nicotine kết hợp với các protein ở các tạng phủ gây độc hại thì đào thải rất chậm.

Trên thực tế, chất nicotine có trong thuốc lá tiếp cận não bộ nhanh hơn so với các loại thuốc tiêm vào cơ thể qua tĩnh mạch. Nicotine gây ảnh hưởng lên rất nhiều bộ phận trên cơ thể, bao gồm não bộ, hệ tim mạch, hormone và sự chuyển hoá các chất của cơ thể.

Theo các nghiên cứu, đặc tính dược lực của nicotine được quyết định bởi cấu trúc giống nhau giữa nicotine và acetylcholine. Acetylcholine vốn là một hoá chất trung gian dẫn truyền thần kinh quan trọng trong cơ thể. Nicotine có thể phát huy tác dụng tương tự acetylcholine nhờ tham gia vào nhiều quá trình sinh lý trong cơ thể: tác dụng đồng vận trên 2 loại thụ thể của acetylcholine là nicotinic và muscarinic. Nicotine thụ thể sẽ làm phóng thích chất dẫn truyền thần kinh. Khi nicotine đi vào trong cơ thể nó tạo cho người hút thuốc lá có cảm giác an tâm, sảng khoái yêu đời, tăng hiệu quả hoạt động trí óc và khi thiếu nicotine, người hút thuốc gặp phải các triệu chứng như mất ngủ, trầm cảm, cáu gắt, bứt rứt lo âu và giảm sự tập trung. Hậu quả làm cho người nghiện thuốc lá phải tiếp tục hút thuốc lá để duy trì được những cảm giác dễ chịu do hút thuốc lá mang lại và tránh né những cảm giác khó chịu do thiếu thuốc lá gây ra.

Hầu hết người hút thuốc lá không thể loại bỏ hoàn toàn nicotine cũng như phụ phẩm của nó trong cơ thể kể cả khi đã ngừng hút thuốc. Các công trình nghiên cứu trên thế giới cho thấy có những người bỏ thuốc lá sau một thời gian dài mà xét nghiệm vẫn còn thấy nicotine trong máu.