يُعد الغلوتامات الناقل العصبي الاستثاري الرئيسي في دماغ الثدييات. فهو يزيد من احتمالية إطلاق العصبون للإشارة، وهو ضروري لنقل الإشارات العصبية السريعة، والتعلم، والذاكرة.

يؤثر الغلوتامات على أنواع متعددة من المستقبلات، بما في ذلك مستقبلات AMPA وNMDA. تتوسط مستقبلات AMPA كمونات ما بعد المشبك الاستثارية السريعة. أما مستقبلات NMDA، التي تتطلب كلاً من الغلوتامات وإزالة استقطاب ما بعد المشبك لفتحها، فتلعب دورًا حاسمًا في اللدونة المشبكية. ويُعتبر الكشف عن التزامن الذي تقوم به مستقبلات NMDA آلية خلوية للتعلم: فعندما يتزامن نشاط ما قبل المشبك وما بعده، يدخل الكالسيوم ويُحفز تغييرات دائمة تُقوي المشبك.

زيادة الغلوتامات عن الحد الطبيعي سامة. يمكن أن يؤدي فرط تنشيط مستقبلات الغلوتامات إلى موت الخلايا العصبية، وهي عملية متورطة في السكتة الدماغية، وإصابات الدماغ الرضية، وبعض الأمراض التنكسية العصبية. وتجري حاليًا دراسة الأدوية التي تنظم انتقال الغلوتامات لعلاج الاكتئاب والفصام وتحسين الوظائف الإدراكية.

عندما يقوم عصبون واحد بتحفيز عصبون آخر بسرعة، يكون الغلوتامات عادةً هو الناقل.