神経伝達物質とは、シナプスを介してニューロン間、あるいは筋肉細胞や腺細胞へと信号を伝達する化学伝達物質である。シナプス前細胞の電気活動を、シナプス後細胞への化学的な影響へと変換する。

活動電位が軸索終末に到達すると、小胞から神経伝達物質がシナプス間隙に放出される。これらの分子は受容細胞上の受容体に結合し、イオンチャネルを開いたり、シナプス後ニューロンを興奮または抑制する細胞内カスケードを引き起こしたりする。過剰な神経伝達物質は、シナプス前細胞への再取り込み、酵素分解、または拡散によって除去される。

数十種類の神経伝達物質が特定されている。アセチルコリン、ドーパミン、セロトニン、ノルアドレナリン、GABA、グルタミン酸などは、最もよく研​​究されている神経伝達物質である。多くの向精神薬は、特定の神経伝達物質を模倣したり、阻害したり、あるいはその利用可能性を変化させたりすることによって作用する。各シナプスにおける神経伝達物質と受容体の正確な組み合わせが、伝達される信号の性質を決定する。

ニューロン間の隙間は、神経伝達物質分子によって埋められている。