Existe evidencia científica de que el neuropéptido oxitocina media la vinculación afectiva, es decir, el amor. Los neuropéptidos son cadenas cortas de aminoácidos (proteínas en miniatura) que actúan como neurotransmisores. 

La oxitocina también es una hormona en la sangre, donde estimula las contracciones uterinas durante el parto y la secreción de leche. Cuando se libera en determinadas zonas del cerebro, hace que sintamos afecto por alguien. Esto no sólo pasa en las relaciones románticas; la oxitocina también media la vinculación entre padres y bebés y entre personas con sus perros o gatos. 

Las relaciones sexuales y el orgasmo producen una gran liberación de oxitocina, lo que promueve el afecto. El sexo es, literalmente, hacer el amor. Otras cosas que liberan oxitocina en el cerebro es el mirarnos a los ojos, el contacto piel con piel, el besarnos y el olernos. Puede ser que determinadas feromonas promuevan la liberación de oxitocina. Este efecto de la oxitocina se descubrió cuando se vio que unos roedores, los 'prairie voles', son monógamos por tener más receptores de oxitocina en el cerebro. 

Luego se vio que la oxitocina también promueve conductas monógamas en los humanos. El sistema de la oxitocina está muy relacionado con la serotonina, un neurotransmisor que sería responsable de la bien que nos sentimos (euforia) al estar enamorados. 

En su libro, The Compass of Pleasure, el neurocientífico David Linden dice que el enamoramiento se basa en la libración de dopamina en el núcleo accumbens, que también media la adicción a drogas. Según él, hay una fase de enamoramiento que dura alrededor de cinco meses, tras la cual disminuye la liberación de dopamina que conlleva un bajón en la relación. Sin embargo, la evidencia sobre esto no es muy sólida.