Pengalaman spiritual, religi dan ritual merupakan hasil dari perubahan evolusional dari otak yang membantu manusia untuk bersosialisasi dan membentuk komunitas dan kelompok. Dari sudut pandang evolusional, spiritualitas atau religi dapat diibaratkan sebagai suatu keuntungan bagi manusia dibandingkan spesies lainnya. Mungkin terdapat proses neurochemical yang kompleks yang terjadi di otak. Hampir semua sinaps yang dipakai untuk menjalankan sinyal pada sistem saraf pusat manusia adalah sinaps kimia. Pada sinaps kimia ini, neuron pertama menyekresikan pada sinaps ujung sarafnya suatu bahan kimia yang disebut neurotransmitter (atau sering disebut bahan transmitter). Neurotransmitter ini berdistribusi secara luas di otak dan menutupi wilayah yang spesifik. Neurotransmitter ini disintesiskan di neuron pre-sinaptik dan dilepaskan dari neuron kedalam celah sinaptik dan bertindak mengikuti reseptor neurotransmitter yang spesifik. Neurotransmitter hanya bisa terikat pada reseptor spesifik ini, dan efeknya dipengaruhi oleh reseptor ini. Serotonin dan Dopamine menutupi aktivitas otak pada orang yang ikut dalam praktik religi maupun aktivitas spiritual. Andrew Newberg (2009), mempelajari fungsi otak pada orang yang melakukan meditasi atau berdoa. Dia mengemukakan bahwa pengalaman mistis dan spiritual dapat diukur dan dijelaskan melalui pathway anatomis yang kompleks. Bagian frontal lobe merupakan salah satu bagian yang paling dipengaruhi oleh aktivitas religi yang dilakukan. Newberg berfokus pada prefrontal cortex dan hubungannya dengan thalamus, posterior superior lobe dan system limbic (terutama amygdala dan hippocampus) , dengan mengukur aliran darah diotak Newberg menyimpulkan bahwa semakin seorang individu itu masuk kedalam suatu kegiatan spiritual ataupun religi maka frontal lobe dan limbic system akan semakin aktif. Bagian frontal lobe merupakan bagian yang memegang peranan penting dalam konsentrasi dan perhatian dan system limbic merupakan bagian dimana emosi dan perasaan serta perilaku diatur. Menariknya, ketika frontal lobe dan limbic system aktif bekerja, maka parietal lobe menjadi kurang aktif. Studi yang dilakukan dengan menilai aktivitas otak menggunakan topographical electroenchepalogram, aliran darah otak ataupun metabolism cerebral menunjukkan bahwa terjadinya peningkatan aktivitas temporal lobe selama melakukan aktivitas religi. System saraf otonom (simpatik dan parasimpatik) juga mengalami aktivitas yang signifikan selama melakukan meditasi dan aktivitas spiritual lainnya. Aktivasi yang terjadi pada system saraf otonom ini menyebabkan penurunan denyut jantung dan laju pernapasan yang merupakan efek dari rasa rileks yang dirasakan. Endophenotype merupakan suatu pengukuran yang dapat dilakukan untuk menilai hubungan genetik dan kelainan yang dimiliki individu. Dengan menghubungkan varian DNA dan psikologikal phenotype maka akan memberikan kemudahan untuk mengetahui pengaruh genetik pada seseorang