Содержание серотонина в крови здорового человека колеблется от 0,04 до 0,2 мкг/мл, у кошки — от 0,9 до 4,5, у кролика — от 3,2 до 6,7 мкг/мл. Тучные клетки грызунов способны не только синтезировать, но и захватывать и хранить серотонин. Поэтому в их паренхиматозных тканях серотонина больше, чем у других млекопитающих. Содержание серотонина в сосудах, сердце, почках обусловлено в основном остающейся в них кровью, на содержании серотонина в легких и селезенке сказывается и способность захватывать этот амин, а для селезенки еще и скопление в ней обломков тромбоцитов.
Из крови через гематоэнцефалический барьер серотонин в мозг практически не проникает. В мозге он синтезируется некоторыми нейронами, тела которых в основном расположены в ядрах шва ствола мозга. Хранится серотонин в синаптических пузырьках терминалей этих нейронов, расположенных почти во всех отделах мозга. Наибольшее количество таких терминалей обнаружено в боковых дорзальных коленчатых телах, зрительной покрышке, ядрах миндалевидного образования. Предполагают, что запасы серотонина в мозге находятся в двух формах: высоколабильной и более стабильной. При высвобождении серотонина из терминалей он взаимодействует с соответствующими рецепторами, некоторая его часть вновь поступает в терминали, из которых он выделился. Значительные количества серотонина обнаружены в шишковидной железе (до 20—70 мкг/г), в сетчатке и пигментном эпителии глаз /до 2 мкг/г).