A acetilcolina é um mensageiro químico que transmite sinais através das sinapses do sistema nervoso. Foi o primeiro neurotransmissor a ser identificado e continua a ser um dos mais versáteis.

Na junção neuromuscular, desencadeia a contração muscular. No cérebro, auxilia na atenção, aprendizagem e memória; a perda progressiva de neurónios produtores de acetilcolina é uma característica da doença de Alzheimer. No sistema nervoso autónomo, diminui a frequência cardíaca e estimula a digestão. Diferentes tipos de recetores — nicotínicos e muscarínicos — permitem que a mesma molécula produza efeitos diferentes consoante o tecido.

Os medicamentos que aumentam os níveis de acetilcolina, como os utilizados no tratamento inicial da doença de Alzheimer, podem melhorar modestamente os sintomas cognitivos. Os medicamentos que a bloqueiam, incluindo alguns anti-histamínicos e antidepressivos, podem causar secura da boca, visão turva e lapsos de memória. A toxina produzida pela bactéria Clostridium botulinum impede a libertação de acetilcolina e, consequentemente, paralisa os músculos; em doses controladas, é utilizada em medicina e em tratamentos cosméticos.

A acetilcolina ilustra como uma única substância química pode servir tanto para o ato motor mais simples como para as operações mentais mais complexas.