Acetylkolin är en kemisk budbärare som transporterar signaler över synapserna i nervsystemet. Det var den första neurotransmittorn som identifierades, och den är fortfarande en av de mest mångsidiga.

Vid den neuromuskulära förbindelsen utlöser den muskelkontraktioner. I hjärnan stöder den uppmärksamhet, inlärning och minne; den progressiva förlusten av acetylkolinproducerande neuroner är ett kännetecken för Alzheimers sjukdom. I det autonoma nervsystemet saktar den ner hjärtat och stimulerar matsmältningen. Olika receptortyper – nikotin och muskarin – gör att samma molekyl kan producera olika effekter beroende på vävnaden.

Läkemedel som ökar acetylkolinnivåerna, såsom de som används vid tidig behandling av Alzheimers sjukdom, kan måttligt förbättra kognitiva symtom. Läkemedel som blockerar det, inklusive vissa antihistaminer och antidepressiva medel, kan orsaka muntorrhet, dimsyn och minnesdimma. Toxinet som produceras av Clostridium botulinum förhindrar frisättningen av acetylkolin och förlamar därmed muskler; i kontrollerade doser används det medicinskt och kosmetiskt.

Acetylkolin illustrerar hur en enda kemikalie kan fungera både som den enklaste motoriska handlingen och som de mest komplexa mentala operationerna.