Glutamat adalah neurotransmiter eksitatori utama di otak mamalia. Zat ini meningkatkan kemungkinan neuron untuk aktif dan sangat penting untuk transmisi sinaptik yang cepat, pembelajaran, dan memori.

Glutamat bekerja pada beberapa jenis reseptor, termasuk reseptor AMPA dan NMDA. Reseptor AMPA memediasi potensial postsynaptic eksitatori yang cepat. Reseptor NMDA, yang membutuhkan glutamat dan depolarisasi postsynaptic untuk terbuka, memainkan peran penting dalam plastisitas sinaptik. Deteksi kesamaan yang dilakukan oleh reseptor NMDA secara luas dianggap sebagai mekanisme seluler pembelajaran: ketika aktivitas pra- dan postsynaptic bertepatan, kalsium masuk dan memicu perubahan permanen yang memperkuat sinapsis.

Kadar glutamat yang terlalu tinggi bersifat toksik. Aktivasi reseptor glutamat yang berlebihan dapat membunuh neuron, suatu proses yang berperan dalam stroke, cedera otak traumatis, dan penyakit neurodegeneratif tertentu. Obat-obatan yang memodulasi transmisi glutamat sedang diteliti untuk pengobatan depresi, skizofrenia, dan peningkatan fungsi kognitif.

Ketika satu neuron dengan cepat merangsang neuron lain, glutamat biasanya bertindak sebagai pembawa pesan.