Эффективность синаптической передачи не является постоянной. Активность может усиливать или ослаблять синапсы в течение периодов от нескольких секунд до всей жизни. Эта синаптическая пластичность широко рассматривается как основной клеточный механизм обучения и памяти.

Наиболее хорошо изученными формами являются долговременная потенциация и долговременная депрессия. Они зависят от времени и интенсивности пре- и постсинаптической активности, часто требуют притока кальция через NMDA-рецепторы и в конечном итоге изменяют количество или свойства постсинаптических рецепторов и структуру дендритных шипиков. Более кратковременные формы, такие как облегчение и депрессия, формируют обработку информации в масштабе времени текущего поведения.

Сама по себе пластичность — это пластичность: нейромодуляторы, стадия развития и предшествующая история влияют на то, насколько легко изменяются синапсы. Нарушение регуляции пластичности связывают с зависимостью, хронической болью и нарушениями развития. Экспериментальное индуцирование и подавление пластичности остаются ключевыми инструментами для проверки того, необходимы ли определенные синаптические изменения для обучения поведению.

Несколько своевременных всплесков активности могут привести к заметным изменениям в синапсе на протяжении нескольких часов.