Distúrbios neurológicos, como doenças neurodegenerativas ou traumatismos cranioencefálico, são associados a alterações cognitivas, motoras e comportamentais que influenciam a qualidade de vida dos pacientes. Embora diferentes estratégias terapêuticas tenham sido desenvolvidas e tentadas até agora para diminuir o declínio neurológico, não foi encontrado nenhum tratamento curativo dessas patologias.
Nas últimas décadas, a implicação do sistema endocanabinóide na função neurológica tem sido extensivamente estudada, e os canabinóides foram testados como um novo tratamento, potencial promissor.

Existem estudos que mostram o potencial in vivo de canabinóides sintéticos com mecanismos de ação subjacentes para proteção contra distúrbios de declínios cognitivos e deficiências motoras. Os resultados de estudos em modelos animais mostram que os canabinóides, na lesão cerebral traumática, melhoram a função neurocomportamental, o desempenho da memória de trabalho e diminuem o défice neurológico, melhoram o défice motor através da regulação negativa de marcadores pró-inflamatórios, formação de edema e permeabilidade da barreira hematoencefálica, evitando a perda de células neuronais e up-regulating os níveis de proteínas de junção de aderência. Nas doenças neurodegenerativas, os canabinóides mostram efeitos benéficos na diminuição da incapacidade motora e progressão da doença por um mecanismo complexo visando mais vias de sinalização além dos receptores clássicos do sistema endocanabinoide. À luz desses resultados, o uso de canabinóides pode ser benéfico em lesões cerebrais traumáticas e no tratamento de esclerose múltipla, especialmente naqueles pacientes que apresentam resistência ao tratamento convencional.
No entanto, também é importante realçar que existem estudos, in vitro e in vivo, que mostram um papel neurotóxico dos canabinóides, mesmo com doses muito baixas, (3 a 4 vezes mais baixas do que as doses convencionais, ou microdoses de canabinóides - 0.001 ou 0.002 mg/kg/dia) nas doenças neurodegenerativas e na lesão cerebral traumática.