โทนาเบอร์แซตถูกนำมาศึกษาวิจัยเป็นหลักสำหรับการประยุกต์ใช้ทางด้านการรักษาโรคทางระบบประสาทและหลอดเลือด มันเป็นตัวปรับตัวรับช่องต่อระหว่างเซลล์ (gap junction modulator) ซึ่งสามารถมีอิทธิพลต่อการสื่อสารระหว่างเซลล์ โดยเฉพาะในสมอง หนึ่งในพื้นที่วิจัยหลักคือการรักษาไมเกรน โดยเชื่อว่าสามารถลดความถี่และความรุนแรงของอาการกำเริบโดยการปรับการแพร่กระจายของภาวะซึมเศร้าของเปลือกสมอง (cortical spreading depression) ซึ่งเป็นปรากฏการณ์ที่เกี่ยวข้องกับออร่าของไมเกรน นอกจากนี้ โทนาเบอร์แซตยังถูกสำรวจสำหรับศักยภาพในการจัดการโรคลมชัก เนื่องจากอาจช่วยรักษาความเสถียรของกิจกรรมของเซลล์ประสาทและป้องกันอาการชัก ยังมีความสนใจที่กำลังเกิดขึ้นในการประยุกต์ใช้เพื่อการป้องกันทางระบบประสาท โดยเฉพาะในภาวะเช่นเส้นเลือดในสมองแตก ซึ่งอาจช่วยลดความเสียหายของสมองโดยการปรับปรุงความยืดหยุ่นของเซลล์ บทบาทในการลดการอักเสบและปกป้องกำแพงเลือด-สมองยังเน้นย้ำถึงศักยภาพในการรักษาโรคระบบประสาทส่วนกลางต่างๆ