Potențarea pe termen lung este o creștere durabilă a intensității transmisiei sinaptice care urmează unei stimulări scurte, de înaltă frecvență, a unei căi neuronale. Este considerată pe scară largă un mecanism celular care stă la baza învățării și memoriei.

Când un neuron presinaptic se activează rapid și repetat asupra unui neuron postsinaptic, sinapsa devine mai eficientă. Semnalele ulterioare produc răspunsuri postsinaptice mai ample. Procesul depinde în mare măsură de receptorii NMDA, care permit calciului să pătrundă doar atunci când celula postsinaptică este deja depolarizată. Calciul declanșează cascade moleculare care introduc mai mulți receptori AMPA în membrană și pot duce la modificări structurale, cum ar fi creșterea de noi spini dendritici.

Potențarea pe termen lung a fost studiată cel mai pe larg în hipocamp, însă procese similare au loc și în alte regiuni ale creierului. Blocarea etapelor moleculare ale LTP afectează anumite forme de învățare la animale; amplificarea acestora poate îmbunătăți performanța. Fenomenul oferă o punte concretă între experiență și schimbarea durabilă a circuitelor neuronale.

Când o sinapsă își amintește de o activitate intensă recentă devenind mai puternică, este la lucru o potențare pe termen lung.