Die Tabakabhängigkeit ist durch den starken Wunsch nach Tabakkonsum gekennzeichnet. Nach ICD-10 (ICD: International Statistical Classification of Diseases and Related Health Problems, Internationale statistische Klassifikation der Krankheiten und verwandter Gesundheitsprobleme) besteht eine Tabakabhängigkeit, wenn drei der folgenden Kriterien innerhalb eines Einjahreszeitraums immer wieder oder während eines Einmonatszeitraums kontinuierlich erfüllt sind:

1. Ein starker Wunsch oder Zwang, Tabak zu konsumieren.
2. Verminderte Kontrollfähigkeit bezüglich des Beginns, der Beendigung und der Menge des Konsums.
3. Ein körperliches Entzugssyndrom bei Beendigung oder Reduktion des Konsums,
4. Ausbildung einer Toleranz: Es wird eine immer höhere Dosis benötigt, um die gewünschte Wirkung hervorzurufen.
5. Fortschreitende Vernachlässigung anderer Vergnügen oder Interessen zugunsten des Substanzkonsums.
6. Anhaltender Substanzkonsum trotz des Nachweises eindeutiger schädlicher Folgen.

Ein international gebräuchlicher psychometrischer Test, um das Ausmaß der Tabakabhängigkeit zu bestimmen, ist der Fagerström-Test.

Die Tabakabhängigkeit beinhaltet eine physische (körperliche) und eine psychische Komponente. Entscheidend für die physische Komponente ist die Wirkung des im Tabak enthaltenen Nikotins im Gehirn. Dort bindet Nikotin an nikotinerge Acetylcholin-Rezeptoren und stimuliert die Freisetzung des Botenstoffes Dopamin im Belohnungszentrum. Eine große Menge Dopamin löst im Gehirn ein Wohlgefühl aus. Dies ist der erste Schritt in die Abhängigkeit, denn das Wohlgefühl fördert weiteren Nikotinkonsum. Das Gehirn gewöhnt sich schnell an den regelmäßigen Konsum: die Rezeptoren werden unempfindlicher. Diese so genannte Toleranz erschwert es zunehmend, das Belohnungszentrum zu stimulieren. Fortan sind größere Mengen Nikotin nötig, um das Wohlgefühl auszulösen.

Parallel zur Entstehung der Toleranz werden neue Rezeptoren gebildet. Der dabei entstehende Überschuss an Rezeptoren verursacht Entzugserscheinungen wie Reizbarkeit, Antriebslosigkeit, Bedrücktheit, innere Unruhe und Angst, sobald eine bestimmte Anzahl von Rezeptoren nicht mehr besetzt ist (etwa vier bis sechs Stunden nach dem letzten Nikotinkonsum).

Nikotin stimuliert außerdem Hirnbereiche (z. B. den präfrontalen Kortex), die für das Lernen und die Gedächtnisbildung zuständig sind. So entsteht die psychische Abhängigkeit: Rauchen und die als positiv wahrgenommene Wirkung (das Wohlgefühl) wird mit bestimmten Situationen, Wahrnehmungen und Zuständen wie Stress und Traurigkeit in Zusammenhang gebracht. Die Tasse Kaffee am Morgen, ein gutes Essen oder Gespräch mit Freunden, das Entnehmen der Zigarette, der Geruch des Rauches, ein rauchender Freund und traurige Stimmung sowie Stress wecken beim Raucher den Wunsch nach einer Zigarette.

Die physisch ausgelösten Entzugssymptome gehen wenige Wochen nach dem Rauchstopp zurück. Die Konditionierung auf äußere Reize und Stimmungen bleibt jedoch über Jahre bestehen und erschwert den dauerhaften Ausstieg aus der Tabakabhängigkeit.