दीर्घकालिक संभाव्यता, किसी मार्ग के संक्षिप्त, उच्च-आवृत्ति उत्तेजना के बाद सिनैप्टिक संचरण की शक्ति में होने वाली स्थायी वृद्धि है। इसे व्यापक रूप से सीखने और स्मृति के अंतर्निहित कोशिकीय तंत्र के रूप में माना जाता है।

जब एक प्रीसाइनैप्टिक न्यूरॉन एक पोस्टसाइनैप्टिक न्यूरॉन पर तेजी से और बार-बार सिग्नल भेजता है, तो सिनैप्स अधिक कुशल हो जाता है। इसके बाद के सिग्नल बड़े पोस्टसाइनैप्टिक रिस्पॉन्स उत्पन्न करते हैं। यह प्रक्रिया NMDA रिसेप्टर्स पर बहुत अधिक निर्भर करती है, जो कैल्शियम को तभी प्रवेश करने देते हैं जब पोस्टसाइनैप्टिक कोशिका पहले से ही डीपोलराइज्ड हो। कैल्शियम आणविक कैस्केड को सक्रिय करता है जिससे झिल्ली में अधिक AMPA रिसेप्टर्स जुड़ जाते हैं और नए डेंड्रिटिक स्पाइन के विकास जैसे संरचनात्मक परिवर्तन हो सकते हैं।

हिप्पोकैम्पस में दीर्घकालिक अभिदयन (LTP) का सबसे व्यापक अध्ययन किया गया है, फिर भी इसी प्रकार की प्रक्रियाएं मस्तिष्क के अन्य क्षेत्रों में भी होती हैं। LTP के आणविक चरणों को अवरुद्ध करने से जानवरों में सीखने के कुछ रूपों में बाधा उत्पन्न होती है; इन्हें बढ़ाने से प्रदर्शन में सुधार हो सकता है। यह घटना अनुभव और तंत्रिका परिपथों में स्थायी परिवर्तन के बीच एक ठोस सेतु प्रदान करती है।

जब कोई सिनेप्स हाल ही में हुई तीव्र गतिविधि को याद रखते हुए मजबूत हो जाता है, तो यहां दीर्घकालिक पोटेंशिएशन की प्रक्रिया चल रही होती है।