O glutamato é o principal neurotransmissor excitatório no cérebro dos mamíferos. Aumenta a probabilidade de um neurónio disparar e é essencial para a transmissão sináptica rápida, a aprendizagem e a memória.

O glutamato atua em diversos tipos de recetores, incluindo os recetores AMPA e NMDA. Os receptores AMPA medeiam os potenciais pós-sinápticos excitatórios rápidos. Os recetores NMDA, que requerem tanto glutamato como despolarização pós-sináptica para se abrirem, desempenham um papel crucial na plasticidade sináptica. A deteção de coincidências realizada pelos recetores NMDA é amplamente considerada um mecanismo celular de aprendizagem: quando a atividade pré e pós-sináptica coincidem, o cálcio entra e desencadeia alterações duradouras que fortalecem a sinapse.

O excesso de glutamato é tóxico. A hiperativação dos recetores de glutamato pode matar neurónios, processo implicado no acidente vascular cerebral, traumatismo cranioencefálico e certas doenças neurodegenerativas. Os medicamentos que modulam a transmissão glutamatérgica estão a ser investigados para o tratamento da depressão, esquizofrenia e para o reforço cognitivo.

Quando um neurónio excita rapidamente outro, o glutamato atua geralmente como mensageiro.