A glutamát az emlősök agyának elsődleges serkentő neurotranszmitterje. Növeli annak valószínűségét, hogy egy neuron aktiválódjon, és elengedhetetlen a gyors szinaptikus átvitelhez, a tanuláshoz és az emlékezéshez.

A glutamát számos receptortípuson hat, beleértve az AMPA és NMDA receptorokat is. Az AMPA receptorok gyors serkentő posztszinaptikus potenciálokat közvetítenek. Az NMDA receptorok, amelyek megnyílásához mind glutamát, mind posztszinaptikus depolarizáció szükséges, kritikus szerepet játszanak a szinaptikus plaszticitásban. Az NMDA receptorok által végzett koincidencia-detektálást széles körben a tanulás sejtes mechanizmusának tekintik: amikor a pre- és posztszinaptikus aktivitás egybeesik, a kalcium bejut és tartós változásokat vált ki, amelyek megerősítik a szinapszist.

A túl sok glutamát mérgező. A glutamátreceptorok túlaktiválódása elpusztíthatja a neuronokat, ami a stroke, a traumás agysérülés és bizonyos neurodegeneratív betegségek kialakulásában szerepet játszik. A glutamátátvitelt moduláló gyógyszereket depresszió, skizofrénia és kognitív funkciók javítása céljából vizsgálják.

Amikor egy neuron gyorsan gerjeszti a másikat, a glutamát általában a hírvivő.