El funcionamiento del cerebro se ve afectado por las concentraciones moleculares de muchas sustancias que normalmente están presentes en el cerebro. Las concentraciones óptimas de estas sustancias para una persona pueden diferir en gran medida de las proporcionadas por su dieta normal y maquinaria genética. Los argumentos bioquímicos y genéticos respaldan la idea de que la terapia ortomolecular puede ser el tratamiento preferido para muchos pacientes con enfermedades mentales.
Los síntomas mentales de avitaminosis a veces se observan mucho antes de que aparezcan los síntomas físicos. Es probable que el cerebro sea más sensible a los cambios en la concentración de sustancias vitales que otros órganos y tejidos. Además, existe la posibilidad de que, para algunas personas, la concentración cerebroespinal de una sustancia vital pueda ser extremadamente baja al mismo tiempo que la concentración en la sangre y la linfa es esencialmente normal. Una anormalidad fisiológica como la disminución de la permeabilidad de la barrera hematoencefálica para la sustancia vital o el aumento de la tasa de metabolismo de la sustancia en el cerebro pueden conducir a una deficiencia cerebral y a una enfermedad mental.
Las enfermedades de este tipo pueden llamarse enfermedades de deficiencia cerebral localizadas. Se sugiere que los genes responsables de anormalidades (deficiencias) en la concentración de sustancias vitales en el cerebro pueden ser responsables de una mayor penetración del gen postulado para la esquizofrenia.