Serotinin je neurotransmiter koji je povezan s motivacijom, raspoloženjem, osobenošću, kao i podložnošću spiritualnosti. Nalazi nekih novih istraživanja pokazuju da religioznost ima barem neke biološke značajke. Švedski znanstvenici su otkrili povezanost između receptora u mozgu koji regulira aktivnost serotonina i otvorenosti njihovih ispitanika prema vjerskim iskustvima. 

Osobe s povećanom aktivnošću serotonina pokazale su jače duhovne sklonosti od onih s nižom koncentracijom tog neurotransmitera. Jedno istraživanje u Sjedinjenim državama pokazuje da vjerska aktivnost, poput molitve, aktivira neke dijelove mozga i oblikuje duhovna iskustva, premda većina stručnjaka upozorava da kulturološka i osobna povijest također određuju religioznost pojedinca. 

Andrew Newberg, direktor Centra za duhovnost i um pri Sveučilištu Pennsylvanije, kaže da su njegove dijagnostičke snimke aktivnosti mozga budističkih svećenika dok meditiraju, kao i franjevačkih opatica dok mole, potvrdile da religioznost ima biološku komponentu.

"Otkrili smo specifične promjene u određenim dijelovima mozga, a također i kemijske promjene u mozgu. No, istraživanje na kojem sam radio kako izgleda ukazuje na više-manje općeniti učinak – ne postoji točno jedan dio mozga ili neka određena molekula u mozgu koji bi bili odgovorni za religiju. Izgleda da je angažiran čitav mozak. Međutim, to ne znači da religija nema i druge elemente, a ne samo ono što je u mozgu."

Dok neke vjerske skupine u potpunosti odbacuju bioteološka istraživanja, Newberg kaže da mnogi vjernici pozdravljaju njegov rad kao dokaz da je mozak veza Boga s čovjekom. Ateisti, međutim, doživljavaju Newbergove nalaze kao daljnju potvrdu da vjerski osjećaji nisu ništa više od veza i krugova unutar mozga. Psiholog Thomas Fikes, s kalifornijskog Collegea Westmont, kaže da je ono što ovakva istraživanja čini kontroverznima – način njihove interpretacije.

"Što nam ustvari kazuje takvo istraživanje? Možemo li zaključiti da nema Boga ili da ne postoji istinska duhovnost? To su potpuno odvojena pitanja. Ono što nam takvo istraživanje pokaže su neki od temeljnih mehanizama mozga i psiholoških mehanizama koji pridonose duhovnosti."

Prema većini religija, u ljudskom se tijelu nalazi duša. Tradicionalni znanstveni stav je da su svijest i um proizvodi mozga, objašnjava neurolog Patrick McNamara, sa Sveučilišta Boston.

"Konsenzus je da većina stvari ili procesa koje smatramo umom ovise ili su barem podložni posredovanju procesa u mozgu. Um je tako, u najmanju ruku, izražaj mozga. Premda mnogo toga ne znamo, uglavnom smatramo da većina funkcija uma – mašta, kreativnost, jezik, emocije, sjećanja – predstavlja procese u mozgu."

McNamara smatra religiju središnjicom strukture uma i definirajućom značajkom ljudskog traganja za duhovnom transcendencijom. No, i itjelo je jednako važno, ističe on i optužuje teologe da su usredotočeni samo na skrb o duši. Mnogi teolozi, pak, tvrde da znanost ignorira ljudsko proživljavanje u korist empirizma. John Haught, sa Sveučilišta Georgetown, smatra da znanstveni pristup duhovnosti treba biti višeslojan.

" Moramo se naučiti razmišljati o tome ne na tradicionalan dualistički način – da se stvarnost sastoji od duše i tijela -, nego na nove načine: slojevitim objašnjavanjem omogućiti različitim znanostima i znanstvenim poljima da s ebave proučavanjem mozga. Meni kao teologu to dozvoljava da potičem neuroznanstvenike da svojim istraživanjima pokušaju objasniti što se zbiva s religijom i mozgom."

I Andrew Newberg dijeli taj stav da je neophodan dijalog između znanosti i religije kako bi se objasnili neuroteološki nalazi i kako bi ih se smjestilo u odgovarajući kontekst. On, međutim, upozorava da ne treba zaključiti kako je jedan dio mozga ili jedan kemijski spoj odgovoran za duhovna iskustva; vjerojatnije je da se radi o mnogo složenijem procesu, koji će zahtijevati integrirani odgovor i znanosti i teologije.