A nikotin a sejtek ún. nikotinos acetil-kolin receptoraihoz kötődve depolarizálja a sejtmembránt, előidézve ezáltal a nikotinos acetil-kolin receptorral rendelkező sejtek aktiválását. Nikotinos acetil-kolin receptor a központi idegrendszer egyes sejtjein, a vegetatív idegrendszer dúcaiban és a harántcsíkolt izomsejtek membránjában található. Normál, élettani körülmények között az acetil-kolin nevű jelátvivő anyag e receptorokon keresztül fejti ki a központi és a vegetatív idegrendszer sejtjeire gyakorolt módosító hatását. A nikotin, stimulálva e sejtek funkcióit, először túlműködést, később, ahogy kimerülnek a sejtek raktárai, a sejtek gátlását idézi elő. Élettani szempontból elsősorban a vegetatív idegrendszerre gyakorolt hatása jelentős, a leírt módon először serkenti, majd bénítja a szimpatikus idegrendszert. Nagyon erős méreg, a dohányos által naponta elszívott adagok a halálos dózis sokszorosát tartalmazzák, azonban rövid féléletideje és a krónikus fogyasztása során kialakult tolerancia miatt cigaretta szívásával csak nagyon kemény munka árán lehetne elérni a letális értéket.
      A mérgezés tünetei az általános szimpatikus aktivitáson (szapora pulzus, magas vérnyomás, stressz-hormonok kiáramlása) túlmenően hányás, hasmenés, szédülés, émelygés formájában jelentkeznek. A szimpatikus aktivitást rövidesen sokk, majd keringés-összeomlás követi. Ha nem áll be a halál, a nikotin hamar lebomlik, és a beteg állapota rendeződik. Mérgezés általában balesetként, ritkán kriminális vagy öngyilkossági szándékból következik be.