香烟燃烧时产生的有毒化学物质很多，其中危害较大的有一氧化碳、尼古丁、烟焦油和苯并芘等。在中脑，尼古丁与尼古丁乙酰胆碱受体结合，释放多巴胺等兴奋性神经递质，使人产生短暂的快感，可消除疲劳，改善情绪，提高注意力。
但尼古丁很快被机体清除，需要重复吸食才能维持感觉良好的状态。一旦停止吸烟过久，体内的尼古丁水平便会下降，吸烟者就会感到坐立不安、烦燥和心神不宁等不适。
一氧化碳是香烟不完全燃烧的产物。一支香烟产生的烟雾约2000毫升，其中一氧化碳约369毫升。一氧化碳与血红蛋白的亲和力比氧气高250倍，结合了一氧化碳的血红蛋白丧失了输氧功能，长期吸烟会使人体处于慢性缺氧状态。