Le glutamate est le principal neurotransmetteur excitateur du cerveau des mammifères. Il augmente la probabilité qu'un neurone se déclenche et est essentiel à la transmission synaptique rapide, à l'apprentissage et à la mémoire.

Le glutamate agit sur plusieurs types de récepteurs, notamment les récepteurs AMPA et NMDA. Les récepteurs AMPA sont responsables des potentiels postsynaptiques excitateurs rapides. Les récepteurs NMDA, qui nécessitent à la fois du glutamate et une dépolarisation postsynaptique pour s'ouvrir, jouent un rôle crucial dans la plasticité synaptique. La détection de coïncidence assurée par les récepteurs NMDA est largement considérée comme un mécanisme cellulaire d'apprentissage : lorsque l'activité pré- et postsynaptique coïncide, le calcium pénètre dans la synapse et déclenche des modifications durables qui renforcent la synapse.

Un excès de glutamate est toxique. La suractivation des récepteurs du glutamate peut entraîner la mort des neurones, un processus impliqué dans les accidents vasculaires cérébraux, les traumatismes crâniens et certaines maladies neurodégénératives. Des médicaments modulant la transmission du glutamate sont actuellement étudiés pour le traitement de la dépression, de la schizophrénie et l'amélioration des fonctions cognitives.

Lorsqu'un neurone en excite rapidement un autre, le glutamate est généralement le messager.