グルタミン酸は哺乳類の脳における主要な興奮性神経伝達物質である。ニューロンの発火確率を高め、迅速なシナプス伝達、学習、記憶に不可欠である。

グルタミン酸は、AMPA受容体やNMDA受容体など、複数の受容体に作用します。AMPA受容体は、シナプス後電位の急速な興奮を媒介します。グルタミン酸とシナプス後脱分極の両方を必要とするNMDA受容体は、シナプス可塑性において重要な役割を果たします。NMDA受容体による同時検出は、学習の細胞メカニズムとして広く認識されています。シナプス前活動とシナプス後活動が一致すると、カルシウムが流入し、シナプスを強化する持続的な変化を引き起こします。

グルタミン酸が過剰になると毒性を示す。グルタミン酸受容体の過剰活性化は神経細胞を死滅させる可能性があり、この過程は脳卒中、外傷性脳損傷、および特定の神経変性疾患に関与している。グルタミン酸伝達を調節する薬剤は、うつ病、統合失調症、および認知機能向上への応用について研究されている。

あるニューロンが別のニューロンを急速に興奮させる場合、通常はグルタミン酸が伝達物質として働く。