Nikotyna z dymu tytoniowego szybko przechodzi do krążenia płucnego, a po przedostaniu się do mózgu (10-15 sekund od zaciągnięcia się dymem) pobudza receptory cholinergiczne w układzie nagrody. Przy wielokrotnym stosowaniu nikotyny wzrasta liczba receptorów cholinergicznych w mózgu. Brak nikotyny prowadzi po kilku godzinach do objawów odstawienia.
Niektóre bezpośrednie skutki w organizmieNikotyna zwiększa częstość akcji serca, oraz przejściowo podnosi ciśnienie tętnicze we krwi. Inne składniki dymu tytoniowego zaburzają czynności śródbłonka wywołują odczyn zapalny w śnianie naczynia, powodują zwiększoną agregacje płytek krwi oraz stan zwiąkszonej gotowości zakrzepowej. Osoby nałogowo palące mają wyższe stężenie cholesterolu frakcji LDL, a niższe cholesterolu frakcji HDL, obserwuje się u nich także zwiększone powstawanie aterogennych utlenowanych pochodnych lipidowych (oxy-LDL). Ekspozycja na tlenek węgla powstawanie hemoglobiny tlenkowowęglowej powodują wtórną nadkrwistość, która zwiększając lepkość krwi sprzyja powikłaniom zakrzepowym.
Nikotyna jednak powoduje raka Do niedawna uważano że raka wywołują jedynie związki smoliste w papierosach. Philip Dennis i jego współpracownicy z US National Cancer Institute w Bethesda w 2002 roku przeprowadzili badania z których wynika że nikotyna i jej pochodne wywołują zwiększenie tzw "szlaku Akt" spowalniając proces samobójstwa komórek chorych. Takie komórki szybko zamieniają się w komórki rakowe, które cechuje zawsze "nieśmiertelność".
Kilka danych ilościowych dot. chorób krążeniaPrzyjmuje się, że 20% zgodnów wywołanych chorobami krążenia można bezpośrednio powiązać z paleniem tytoniu. Osoby palące tytoń charakteryzują się ryzykiem powtórnego zawału serca, a prawdopodobieństwo ich zgonu w ciągu następnych 12 lat jest 2-krotnie wyższe aniżeli u osób, które rzuciły palenie. Leczenie trombolityczne jest 4-krotnie mniej skuteczne u palaczy. Wzrost ryzaky chorób układu krążenia obserwuje się już o osób palących 1-2 papierosy dziennie. Ryzykowe wieńcowe w największym stopniu zaznacza się u ludzi młodych. Obserwuje się większą masę lewej komory serca oraz przy podobnym wskaćniku masy ciała skłonność do otyłości centralnej /trzewnej). Palacze wymagają stosowania większej ilości leków (np. leków hipotensyjnych w badaniach Goldmana i Klingera)