Glutamatul este principalul neurotransmițător excitator din creierul mamiferelor. Acesta crește probabilitatea ca un neuron să se activeze și este esențial pentru transmiterea sinaptică rapidă, învățare și memorie.

Glutamatul acționează la nivelul mai multor tipuri de receptori, inclusiv receptorii AMPA și NMDA. Receptorii AMPA mediază potențialele postsinaptice excitatorii rapide. Receptorii NMDA, care necesită atât depolarizarea glutamatului, cât și cea postsinaptică pentru a se deschide, joacă un rol esențial în plasticitatea sinaptică. Detectarea coincidențelor efectuată de receptorii NMDA este considerată pe scară largă un mecanism celular de învățare: atunci când activitatea pre- și postsinaptică coincid, calciul intră și declanșează modificările durabile care întăresc sinapsa.

Prea mult glutamat este toxic. Supraactivarea receptorilor de glutamat poate ucide neuronii, un proces implicat în accidentul vascular cerebral, leziunile cerebrale traumatice și anumite boli neurodegenerative. Medicamentele care modulează transmiterea glutamatului sunt în curs de investigare pentru depresie, schizofrenie și îmbunătățirea cognitivă.

Când un neuron excită rapid un altul, glutamatul este de obicei mesagerul.