Glutamaat is de belangrijkste stimulerende neurotransmitter in de hersenen van zoogdieren. Het verhoogt de kans dat een neuron een signaal afgeeft en is essentieel voor snelle synaptische transmissie, leren en geheugen.

Glutamaat werkt in op verschillende receptortypen, waaronder AMPA- en NMDA-receptoren. AMPA-receptoren mediëren snelle exciterende postsynaptische potentialen. NMDA-receptoren, die zowel glutamaat als postsynaptische depolarisatie nodig hebben om te openen, spelen een cruciale rol in synaptische plasticiteit. De coincidentiedetectie die door NMDA-receptoren wordt uitgevoerd, wordt algemeen beschouwd als een cellulair mechanisme van leren: wanneer pre- en postsynaptische activiteit samenvallen, komt calcium binnen en triggert dit de blijvende veranderingen die de synaps versterken.

Een teveel aan glutamaat is giftig. Overactivering van glutamaatreceptoren kan neuronen doden, een proces dat in verband wordt gebracht met beroertes, traumatisch hersenletsel en bepaalde neurodegeneratieve ziekten. Geneesmiddelen die de glutamaattransmissie moduleren, worden onderzocht voor de behandeling van depressie, schizofrenie en cognitieve verbetering.

Wanneer een neuron een ander neuron snel prikkelt, is glutamaat meestal de boodschapper.