एसिटाइलकोलीन एक रासायनिक संदेशवाहक है जो तंत्रिका तंत्र के सिनैप्स के पार संकेतों को ले जाता है। यह पहचाना जाने वाला पहला न्यूरोट्रांसमीटर था, और यह आज भी सबसे बहुमुखी न्यूरोट्रांसमीटरों में से एक है।

तंत्रिका-मांसपेशी जंक्शन पर यह मांसपेशियों के संकुचन को प्रेरित करता है। मस्तिष्क में यह ध्यान, सीखने और स्मृति में सहायक होता है; एसिटाइलकोलीन उत्पन्न करने वाले न्यूरॉन्स का धीरे-धीरे कम होना अल्जाइमर रोग का एक प्रमुख लक्षण है। स्वायत्त तंत्रिका तंत्र में यह हृदय गति को धीमा करता है और पाचन क्रिया को उत्तेजित करता है। निकोटिनिक और मस्कैरिनिक जैसे विभिन्न प्रकार के रिसेप्टर्स एक ही अणु को ऊतक के अनुसार अलग-अलग प्रभाव उत्पन्न करने की अनुमति देते हैं।

एसिटाइलकोलीन के स्तर को बढ़ाने वाली दवाएं, जैसे कि अल्जाइमर के शुरुआती इलाज में इस्तेमाल होने वाली दवाएं, संज्ञानात्मक लक्षणों में मामूली सुधार कर सकती हैं। एसिटाइलकोलीन को अवरुद्ध करने वाली दवाएं, जिनमें कुछ एंटीहिस्टामाइन और एंटीडिप्रेसेंट शामिल हैं, मुंह सूखना, धुंधली दृष्टि और याददाश्त में कमी जैसी समस्याएं पैदा कर सकती हैं। क्लोस्ट्रीडियम बोटुलिनम द्वारा उत्पादित विष एसिटाइलकोलीन के स्राव को रोकता है और इस प्रकार मांसपेशियों को लकवाग्रस्त कर देता है; नियंत्रित मात्रा में इसका उपयोग चिकित्सकीय और सौंदर्य प्रसाधनों में किया जाता है।

एसिटाइलकोलीन यह दर्शाता है कि कैसे एक ही रसायन सबसे सरल शारीरिक क्रिया और सबसे जटिल मानसिक क्रियाओं दोनों में कार्य कर सकता है।