A hosszú távú potencírozás a szinaptikus transzmisszió erősségének tartós növekedése, amely egy útvonal rövid, nagyfrekvenciás stimulációját követi. Széles körben a tanulás és az emlékezés mögött meghúzódó sejtes mechanizmusnak tekintik.

Amikor egy preszinaptikus neuron gyorsan és ismételten tüzel egy posztszinaptikus neuronra, a szinapszis hatékonyabbá válik. A későbbi jelek nagyobb posztszinaptikus válaszokat eredményeznek. A folyamat nagymértékben függ az NMDA receptoroktól, amelyek csak akkor engedik be a kalciumot, ha a posztszinaptikus sejt már depolarizált. A kalcium molekuláris kaszkádokat indít el, amelyek további AMPA receptorokat építenek be a membránba, és szerkezeti változásokhoz, például új dendrites tüskék növekedéséhez vezethetnek.

A hosszú távú potencírozást a hippocampusban vizsgálták legalaposabban, de hasonló folyamatok zajlanak le más agyterületeken is. Az LTP molekuláris lépéseinek blokkolása bizonyos tanulási formákat ront az állatoknál; fokozásuk javíthatja a teljesítményt. A jelenség konkrét hidat képez a tapasztalat és az idegi áramkörökben bekövetkező tartós változás között.

Amikor egy szinapszis erősebbé válik, emlékszik a közelmúltbeli intenzív aktivitásra, hosszú távú potenciáció működik.