Glutamat er den primære eksitatoriske nevrotransmitteren i pattedyrhjernen. Det øker sannsynligheten for at en nevron vil aktiveres, og er essensielt for rask synaptisk overføring, læring og hukommelse.

Glutamat virker på flere reseptortyper, inkludert AMPA- og NMDA-reseptorer. AMPA-reseptorer medierer raske eksitatoriske postsynaptiske potensialer. NMDA-reseptorer, som krever både glutamat og postsynaptisk depolarisering for å åpne seg, spiller en kritisk rolle i synaptisk plastisitet. Koindisitetsdeteksjon utført av NMDA-reseptorer blir allment ansett som en cellulær læringsmekanisme: når pre- og postsynaptisk aktivitet sammenfaller, kommer kalsium inn og utløser de varige endringene som styrker synapsen.

For mye glutamat er giftig. Overaktivering av glutamatreseptorer kan drepe nevroner, en prosess involvert i hjerneslag, traumatisk hjerneskade og visse nevrodegenerative sykdommer. Legemidler som modulerer glutamatoverføring er under etterforskning for depresjon, schizofreni og kognitiv forbedring.

Når en nevron raskt eksiterer en annen, er glutamat vanligvis budbringeren.