Reakcja ta przebiega w mitochondriach przy udziale hydroksylazy tyrozynowej, 6–metylo–tetrahydropterydyny, NADPH, tlenu cząsteczkowego i aktywatora w postaci jonów dwuwartościowego żelaza.
DOPA ulega dekarboksylacji w cytoplazmie do dopaminy (3,4–dihydroksyfenyloetyloaminy). Reakcja zachodzi przy udziale DOPA-dekarboksylazy (dekarboksylaza aromatycznych 1–aminokwasów) oraz fosforanu pirydoksalu.
Dopamina jest pobierana do ziarnistości komórkowych, gdzie jej łańcuch boczny ulega utlenieniu dzięki β–hydroksylazie do 1–noradrenaliny. Reakcja zachodzi przy udziale jonów miedzi, tlenu cząsteczkowego, kwasu askorbinowego i kwasu fumarowego.
Noradrenalina w cytoplazmie komórek chromochłonnych rdzenia nadnerczy, narządu Zuckerkandla i niewielkiej ilości komórek w sercu i mózgu ulega przekształcenia do adrenaliny. Proces polega na przeniesieniu grup metylowej z S–adenozynometioniny na grupę aminową noradrenaliny, przy udziale N–metylotransferazy.
Katecholaminy regulują własną syntezą na zasadzie ujemnego sprzężenia zwrotnego, poprzez wpływ na hydroksylazę tyrozynową i β–hydroksylazę dopaminy.