Mentre la neurochimica come scienza riconosciuta è relativamente nuova, l’idea alla base della neurochimica esiste dal XVIII secolo. In origine, si pensava che il cervello fosse un’entità separata dal sistema nervoso periferico. A partire dal 1856, ci fu una serie di ricerche che confutarono questa idea. La composizione chimica del cervello era quasi identica a quella del sistema nervoso periferico. Il primo grande balzo in avanti nello studio della neurochimica venne da Johann Ludwig Wilhelm Thudichum, che è uno dei pionieri nel campo della “chimica del cervello”. Fu uno dei primi a ipotizzare che molte malattie neurologiche potevano essere attribuite a uno squilibrio di sostanze chimiche nel cervello. Fu anche uno dei primi scienziati a credere che attraverso mezzi chimici, la stragrande maggioranza delle malattie neurologiche potrebbe essere trattata, se non curata.

Negli anni ’50, la neurochimica divenne una disciplina di ricerca scientifica riconosciuta. La fondazione della neurochimica come disciplina trae le sue origini da una serie di “Simposi internazionali di neurochimica”, il cui primo volume pubblicato nel 1954 era intitolato Biochemistry of the Developing Nervous System. Questi incontri portarono alla formazione della Società Internazionale di Neurochimica e della Società Americana di Neurochimica. Questi primi incontri discussero la natura provvisoria di possibili sostanze neurotrasmettitrici come l’acetilcolina, l’istamina, la sostanza P e la serotonina. Dal 1972, le idee erano più concrete.

Uno dei primi grandi successi nell’uso di sostanze chimiche per alterare le funzioni cerebrali fu l’esperimento L-DOPA. Nel 1961, Walter Burkmayer iniettò L-DOPA in un paziente con il morbo di Parkinson. Poco dopo l’iniezione, il paziente ebbe una drastica riduzione dei tremori, e fu in grado di controllare i suoi muscoli in modi che non era stato in grado di fare da molto tempo. L’effetto ha raggiunto il picco entro 2,5 ore ed è durato circa 24 ore.