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MDMA屬於苯乙胺(phenethylamine)類的化學物質。以苯乙胺的化學結構為基礎，在苯乙胺的不同原子位置上，添增上不同的原子和分子後合成出的化合物，都屬於苯乙胺類化學物質，許多皆對神經系統具有影響效果，舉例如大腦內本來便具有的重要神經傳導物質多巴胺(dopamine)、正腎上腺素(epinephrine)，以及迷幻藥梅斯卡靈、2C-B、興奮劑安非他命(amphetamine)、MDA和抗憂鬱劑venlafaxine與bupropion都屬於苯乙胺類。
( 圖片來源：http://goo.gl/8Vambp；http://goo.gl/dY83PW )
許多苯乙胺類化學物質對人的意識、感官、認知功能可產生迅速且強烈的變化效果，而且這些化學物質之間只在結構上有些微的差異，但造成的效果卻也差異極大，這正是休金懷抱熱情投入於苯乙胺類研究的動力所在。休金對苯乙胺類的研究最早就是以梅斯卡靈為起點，不斷合成出許多苯乙胺類物質，他在1991年出版的《PiHKAL: A Chemcial Love Story》，書名中的「PiHKAL」是「Phenethylamines I Have Known And Loved（我所知道與熱愛的苯乙胺類物質）」的縮寫，整本書所收錄的化學物質資訊都屬於苯乙胺類。
圖片二：《PiHKAL: A Chemcial Love Story》 ( 圖片來源：http://goo.gl/jk9NRZ )
在介紹MDMA的作用機轉之前，必須先簡單介紹大腦的神經細胞是如何產生互動的。大腦由超過一百億個神經細胞所組成，神經細胞之間的互動非常繁複，但是一個個彼此分離的神經細胞要如何進行互動？首先，神經細胞的結構大致可分為三個部分：接收來自其他神經細胞訊號的樹突(dendrite)、細胞本體(cell body)、傳輸訊號給其他神經細胞的軸突(axon)。假設A神經細胞的樹突接收到訊號之後，會一路將訊號以電流的形式傳遞經過A的細胞本體再到A的軸突，而A的軸突末端會貼近但不會連接上B神經細胞的樹突，這時訊號傳遞的動作便會在含括著A軸突末端、B樹突末端和兩者之間空隙（稱作突觸間隙，synaptic cleft）這三個部分的突觸(synapse)中進行。
圖片三：神經細胞的結構大致可分為三個部分：接收來自其他神經細胞訊號的樹突(dendrite)、細胞本體(cell
body)、傳輸訊號給其他神經細胞的軸突(axon)。
( 圖片來源：http://goo.gl/2cQuU2 )
因為A和B神經細胞沒有相連結，因此無法像在單一個細胞內部利用電流的方式進行訊號傳遞，但A神經細胞會將軸突末端裡面的特定神經傳導物質(neurotransmitter)釋放到突觸間隙裏頭，而神經傳導物質在突觸間隙中擴散開，然後連接上B神經細胞上允許這些神經傳導物質嵌合上去的特定受器(receptor)，就好像特定鑰匙和與其相容的鑰匙孔之間的關係一般。當這些B神經細胞上的受器與神經傳導物質結合之後，受器受到刺激會產生一系列後續的反應，去激活或是抑制B神經細胞的功能，而B神經細胞的反應又將產生新的訊號，再去傳遞給其他的神經細胞，因此神經傳導物質扮演了神經細胞間訊號傳遞的重要角色。被釋放到突觸間隙的神經傳導物質，在與受器結合一段時間之後便會脫離受器，接著可能會被酵素進行分解，或是透過結合上A細胞的神經傳導物質傳輸器(transporter)，回收到A細胞軸突末端裡，未來可再重複使用。
圖片四：突觸(synapse)結構圖。上方為軸突(axon)末端，下方為樹突(dendrite)末端，中間為突觸間隙
(synaptic cleft)。紅色球是神經傳導物質，綠色柱體為神經傳導物質的受器(receptor)。
( 圖片來源：http://goo.gl/p8irNC )
血清素(serotonin)是大腦中非常重要的一種神經傳導物質，主要是透過一群細胞本體集中在腦幹(brain stem)的縫核(raphe nucleus)之神經細胞，將軸突延伸至大腦各區域，經由軸突末端釋放出來，對於情緒、焦慮、食慾、體溫、攻擊性、性欲的調控等等功能扮演重要角色。憂鬱症、焦慮症的致病假說，將血清素在突觸間隙的濃度偏低視為是最主要的因素，因此許多抗憂鬱、焦慮藥物的研發嘗試增加血清素在突觸間隙的濃度，運用的致病原理便在於讓藥物可以結合上A細胞的血清素傳輸器(serotonin transporter)，讓血清素無法連接上傳輸器被回收進A細胞的軸突末端裡，因此便會留在突觸間隙裡增加與B細胞上的血清素受器(serotonin receptor)結合的機會，促進B細胞的活化反應而改善憂鬱和焦慮的症狀。
圖片五：紫色的是血清素(serotonin)，被釋放到突觸間隙後會連接到下方神經細胞的血清素受器上；血清素自
受器上脫落後，會被綠色的血清素傳輸器(serotonin transporter)回收回上方的神經細胞內。
( 圖片來源：http://goo.gl/XYX7YY )
MDMA的作用與許多抗憂鬱劑相似，能夠抑制血清素傳輸器回收血清素的功能來增加突觸間隙的血清素濃度。但是MDMA的功能不僅止於此，當MDMA結合上傳輸器後，會與連接上傳輸器的血清素一樣，被回收進A細胞的軸突末端裡，然後MDMA與傳輸器脫離之後，這時傳輸器原本連接MDMA的位置會由A細胞內的血清素結合上，傳輸器再將這個新結合上的血清素輸送到突觸間隙中。因此突觸間隙的血清素濃度在使用MDMA的當下，比使用抗憂鬱劑來得更高，有更多的血清素可以與B細胞的血清素受器結合。B細胞在接受比平常來得更高量的血清素刺激下，會處在非常顯著的激活狀態，而產生了後續MDMA獨特的生理、心理效果。
圖片六：黃色的MDMA會連接上血清素傳輸器，抑制血清素的回收，並且還會被運輸進上方神經細胞內，讓傳
輸器連結MDMA的位置結合上細胞內的血清素，再將血清素送至突觸間隙內，使得突觸間隙的血清素
濃度大大升高。
( 圖片來源：http://goo.gl/oEBsF2 )
MDMA除了抑制血清素的回收和促進血清素的分泌，也會抑制另外兩個重要的神經傳導物質多巴胺和正腎上腺的回收，並促進兩者的分泌，但效果比對血清素的影響來得弱。雖然MDMA與安非他命都屬苯乙胺類有相似的結構（MDMA的學名裡也有安非他命(amphetamine)），但是MDMA並不像安非他命一樣，對多巴胺回收有顯著抑制的功能而造成多巴胺濃度明顯上升，甚至MDMA抑制正腎上腺素的回收比抑制多巴胺的回收還來得強，因此MDMA使用較不具成癮性（多巴胺與藥物成癮有密切的關係）。此外MDMA還會促進人體內皮質醇(cortisol)、催產素(oxytocin)和泌乳激素(prolactin)這三種賀爾蒙(hormone)的濃度上升。
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MDMA經口服使用，服用後30-60分鐘會開始產生效果，服用後75到120分鐘為效果高峰期，總效果時間約3到6小時。MDMA會促使體溫升高、心跳加快、血壓上升，讓人充滿活力、亢奮，體溫的升高幅度不受外在環境溫度高低的影響，心跳、血壓的變化與中等運動量造成的變化相仿，但上升的幅度一般而言皆不至於造成不適感，在藥效減退後會回到正常範圍。
MDMA使用者在主觀上會有幾個層面的顯著效果，目前研究認為主要由MDMA促進血清素濃度升高所致：第一，在感官和認知功能上，視覺對亮度、色彩會變得明顯，聽覺放大、細緻，觸覺變得敏銳；MDMA使用者的意識狀態是高度警醒的，對外在事物能夠有清楚的察覺力，且對自我與外在世界的界線是明確的，並不會像迷幻藥可能造成自我界線上的瓦解、陷入混沌的思緒當中而失去對外在世界的察覺。此外，使用者還會思考速度加快、思緒清晰、話量變多，因此使用者能夠在MDMA的效果中激發出對於事物的高度觀察與分析能力、經驗的省思與領悟力。
第二，在情緒上，會變得平靜、愉悅、幸福感，對恐懼和不安感受會消解掉，即便談論起帶有負面情緒的記憶、事件，也能夠坦然面對。有大腦的影像研究顯示，使用MDMA會減少大腦供給杏仁核的血流，而杏仁核主要是掌控人類對恐懼、驚嚇的感受，若供給杏仁核的血液減少，則杏仁核的活性便會下降，使得人對恐懼、驚嚇的敏感度減弱。
第三，在社交互動上，能夠化解防衛、警戒感，感到人際間的親密感，與他人坦誠交心，並且增強理解他人感受、想法的同理心。除了血清素的效果外，催產素、泌乳激素為女性分娩、哺乳時會大量分泌的賀爾蒙，會增進女性對嬰兒的親密感，在MDMA使用下，目前認為可能透過血清素的增加，而促進了催產素和泌乳激素的分泌，因此對MDMA使用者產生的人際親近感也有貢獻。
MDMA所產生的獨特效果，對於心理治療具有極大的助力，因為MDMA能夠促進使用者放下戒心、敞開心胸，與治療者建立高度信任的互動關係，願意將自己真實的難堪、恥辱、負面感受訴說出來，並且使用者可以在一個平穩、去除恐懼的情緒狀態下，好好梳理自己的負面經驗而不至於害怕、退縮，加上認知功能的強化作用，使用者能夠更加透徹地分析與整合自我的經驗，讓心理治療的時程得以縮短、品質得以提升，因此使用MDMA輔助心理治療的療法在1970年代後期迅速地在心理治療社群擴散開來。
因為MDMA的特性，既非典型的迷幻藥如LSD、梅斯卡靈、魔菇具有強烈的感官效果和靈性、智性的經驗衝擊，亦非典型的興奮劑如安非他命具有較為純粹的精神亢奮、感官高敏感度，而好像介在迷幻藥和興奮劑之間兼具兩者的特性，使得MDMA被科學家另外歸類於「entactogen」的類型之中。Entactogen的英文意思為「touching within（觸碰內在）」，是由字根en（希臘文：在…之內(within)）、tacto（拉丁文：觸碰(touch)）和gen（希臘文：製造(produce)）所組成，或許可翻譯成「能夠產生觸碰心靈內在效果的物質」。有一些與MDMA同屬苯乙胺類的物質，也會產生近似MDMA的效果，也被歸類在ectactogen一類中。
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