En neurotransmittor är en kemisk budbärare som överför signaler över synapsen från en neuron till en annan eller till en muskel- eller körtelcell. Den omvandlar den presynaptiska cellens elektriska aktivitet till en kemisk påverkan på den postsynaptiska cellen.

När en aktionspotential når axonterminalen frisätter vesiklarna en neurotransmittor i den synaptiska klyftan. Molekylerna binder till receptorer på den mottagande cellen, vilket öppnar jonkanaler eller utlöser intracellulära kaskader som antingen exciterar eller hämmar den postsynaptiska neuronen. Överskott av transmittor avlägsnas genom återupptag i den presynaptiska cellen, genom enzymatisk nedbrytning eller genom diffusion.

Dussintals neurotransmittorer har identifierats. Acetylkolin, dopamin, serotonin, noradrenalin, GABA och glutamat är bland de bäst studerade. Många psykoaktiva droger verkar genom att härma, blockera eller förändra tillgängligheten av specifika neurotransmittorer. Den exakta blandningen av transmittorer och receptorer vid varje synaps avgör karaktären på den signal som skickas vidare.

Klyftan mellan nervceller överbryggas av neurotransmittormolekyler.