Έρευνα ανέλυσε τη σχέση μεταξύ του μικροβιώματος και των λειτουργιών του εγκεφάλου. Το μικροβίωμα του εντέρου επηρεάζει την υγεία του εγκεφάλου με πολλούς τρόπους. Τα δομικά βακτηριακά συστατικά, όπως οι λιπο-πολυσακχαρίτες, παρέχουν χαμηλής ποιότητας τονωτική διέγερση του ανοσοποιητικού συστήματος. Η υπερβολική διέγερση λόγω βακτηριακής δυσβίωσης, μικροβιακής βακτηριακής υπερανάπτυξης ή αυξημένης εντερικής διαπερατότητας μπορεί να προκαλέσει συστηματική φλεγμονή του κεντρικού νευρικού συστήματος.

Τα μικρόβια του εντέρου παράγουν ορμόνες και νευροδιαβιβαστές που είναι πανομοιότυποι με αυτούς που παράγονται από το ανθρώπινο σώμα. Οι βακτηριακοί υποδοχείς επηρεάζουν την μικροβιακή ανάπτυξη και τη μολυσματικότητα με τις ορμόνες που παράγουν. Μέσω αυτών των ποικίλων μηχανισμών, τα μικρόβια του εντέρου, επηρεάζουν σημαντικά τον ύπνο, το στρες και τον άξονα υποθαλάμου-υπόφυσης-επινεφριδίων. Επηρεάζουν τη μνήμη, τη διάθεση και τη γνωσιακή ικανότητα.

Είναι κλινικά και θεραπευτικά συναφή με μια σειρά διαταραχών, όπως ο αλκοολισμός, το Σύνδρομο Χρόνιας Κόπωσης, η ινομυαλγία και το Σύνδρομο Ανήσυχων Ποδιών. Τα διατροφικά εργαλεία για τη θεραπευτική αλλαγή του μικροβιώματος του εντέρου περιλαμβάνουν αλλαγές στη διατροφή καθώς και λήψη προβιοτικών.