Een neurotransmitter is een chemische boodschapper die signalen over de synaps van de ene neuron naar de andere, of naar een spier- of kliercel, overbrengt. Het zet de elektrische activiteit van de presynaptische cel om in een chemische invloed op de postsynaptische cel.

Wanneer een actiepotentiaal de axonterminal bereikt, laten blaasjes neurotransmitter vrij in de synaptische spleet. De moleculen binden zich aan receptoren op de ontvangende cel, waardoor ionkanalen openen of intracellulaire cascades op gang komen die de postsynaptische neuron stimuleren of remmen. Overtollige transmitter wordt verwijderd door heropname in de presynaptische cel, door enzymatische afbraak of door diffusie.

Er zijn tientallen neurotransmitters geïdentificeerd. Acetylcholine, dopamine, serotonine, noradrenaline, GABA en glutamaat behoren tot de best bestudeerde. Veel psychoactieve stoffen werken door de beschikbaarheid van specifieke neurotransmitters na te bootsen, te blokkeren of te veranderen. De precieze combinatie van transmitters en receptoren bij elke synaps bepaalt het karakter van het signaal dat wordt doorgegeven.

De kloof tussen neuronen wordt overbrugd door neurotransmittermoleculen.