En nevrotransmitter er en kjemisk budbringer som overfører signaler over synapsen fra en nevron til en annen, eller til en muskel- eller kjertelcelle. Den omdanner den elektriske aktiviteten til den presynaptiske cellen til en kjemisk påvirkning på den postsynaptiske cellen.

Når et aksjonspotensial når aksonterminalen, frigjør vesiklene en nevrotransmitter i den synaptiske kløften. Molekylene binder seg til reseptorer på mottakercellen, og åpner ionekanaler eller utløser intracellulære kaskader som enten eksiterer eller hemmer det postsynaptiske nevronet. Overflødig transmitter fjernes ved gjenopptak i den presynaptiske cellen, ved enzymatisk nedbrytning eller ved diffusjon.

Dusinvis av nevrotransmittere er identifisert. Acetylkolin, dopamin, serotonin, noradrenalin, GABA og glutamat er blant de best studerte. Mange psykoaktive stoffer virker ved å etterligne, blokkere eller endre tilgjengeligheten av spesifikke nevrotransmittere. Den nøyaktige blandingen av sendere og reseptorer ved hver synapse bestemmer karakteren til signalet som sendes.

Gapet mellom nevroner brytes av nevrotransmittermolekyler.