Um neurotransmissor é um mensageiro químico que transmite sinais através da sinapse, de um neurónio para outro ou para uma célula muscular ou glandular. Converte a atividade elétrica da célula pré-sináptica numa influência química sobre a célula pós-sináptica.

Quando um potencial de ação atinge o terminal axónico, as vesículas libertam neurotransmissores para a fenda sináptica. As moléculas ligam-se aos recetores da célula recetora, abrindo canais iónicos ou desencadeando cascatas intracelulares que excitam ou inibem o neurónio pós-sináptico. O excesso de neurotransmissor é removido por recaptação na célula pré-sináptica, por degradação enzimática ou por difusão.

Dezenas de neurotransmissores já foram identificados. A acetilcolina, a dopamina, a serotonina, a norepinefrina, o GABA e o glutamato estão entre os mais estudados. Muitas drogas psicoativas atuam imitando, bloqueando ou alterando a disponibilidade de neurotransmissores específicos. A combinação precisa de neurotransmissores e recetores em cada sinapse determina a natureza do sinal transmitido.

A ligação entre os neurónios é preenchida por moléculas de neurotransmissores.