シナプス伝達の効率は一定ではありません。活動によってシナプスは数秒から生涯にわたって強化または弱化されます。このシナプス可塑性は、学習と記憶の主要な細胞メカニズムとして広く認識されています。

長期増強と長期抑制は、最もよく特徴づけられている形態である。これらはシナプス前およびシナプス後活動のタイミングと強度に依存し、多くの場合NMDA受容体を介したカルシウム流入を必要とし、最終的にはシナプス後受容体の数や特性、および樹状突起棘の構造を変化させる。促進や抑制といった短期的な形態は、進行中の行動の時間スケールでの情報処理を形成する。

可塑性自体が可塑性であり、神経調節物質、発達段階、過去の経験などすべてがシナプスの変化のしやすさに影響を与える。可塑性の調節異常は、依存症、慢性疼痛、発達障害に関与していると考えられている。可塑性の実験的誘導と遮断は、特定のシナプス変化が行動学習に必要かどうかを検証するための重要な手段であり続けている。

タイミングよく発生する数回のスパイクは、シナプスを数時間にわたって測定可能なほど変化させる可能性がある。