Langetermijnpotentiatie is een blijvende toename van de sterkte van de synaptische transmissie die optreedt na een korte, hoogfrequente stimulatie van een zenuwbaan. Het wordt algemeen beschouwd als een cellulair mechanisme dat ten grondslag ligt aan leren en geheugen.

Wanneer een presynaptisch neuron snel en herhaaldelijk signalen afgeeft aan een postsynaptisch neuron, wordt de synaps efficiënter. Daaropvolgende signalen produceren grotere postsynaptische responsen. Dit proces is sterk afhankelijk van NMDA-receptoren, die calcium alleen toelaten wanneer de postsynaptische cel al gedepolariseerd is. Calcium triggert moleculaire cascades die meer AMPA-receptoren in het membraan inbrengen en kunnen leiden tot structurele veranderingen, zoals de groei van nieuwe dendritische uitlopers.

Langetermijnpotentiatie is het meest uitgebreid bestudeerd in de hippocampus, maar vergelijkbare processen vinden ook plaats in andere hersengebieden. Het blokkeren van de moleculaire stappen van LTP belemmert bepaalde vormen van leren bij dieren; het stimuleren ervan kan de prestaties verbeteren. Dit fenomeen vormt een concrete brug tussen ervaring en blijvende verandering in neurale circuits.

Wanneer een synaps recente intense activiteit onthoudt door sterker te worden, is er sprake van langetermijnpotentiëring.