Un neurotransmițător este un mesager chimic care transmite semnale prin sinapsă de la un neuron la altul sau către o celulă musculară sau glandă. Acesta transformă activitatea electrică a celulei presinaptice într-o influență chimică asupra celulei postsinaptice.

Când un potențial de acțiune ajunge la terminalul axonului, veziculele eliberează neurotransmițător în fanta sinaptică. Moleculele se leagă de receptorii de pe celula receptoare, deschizând canale ionice sau declanșând cascade intracelulare care fie excită, fie inhibă neuronul postsinaptic. Excesul de transmițător este eliminat prin recaptare în celula presinaptică, prin descompunere enzimatică sau prin difuzie.

Zeci de neurotransmițători au fost identificați. Acetilcolina, dopamina, serotonina, norepinefrina, GABA și glutamatul se numără printre cei mai bine studiați. Multe droguri psihoactive acționează prin imitarea, blocarea sau modificarea disponibilității anumitor neurotransmițători. Amestecul precis de transmițători și receptori la fiecare sinapsă determină caracterul semnalului transmis.

Distanța dintre neuroni este acoperită de molecule de neurotransmițători.