Effektiviteten av synaptisk transmission är inte fastställd. Aktivitet kan stärka eller försvaga synapser under perioder från sekunder till en livstid. Denna synaptiska plasticitet anses allmänt vara en primär cellulär mekanism för inlärning och minne.

Långvarig potentiering och långvarig depression är de bäst karakteriserade formerna. De är beroende av tidpunkten och intensiteten av pre- och postsynaptisk aktivitet, kräver ofta kalciuminflöde genom NMDA-receptorer och förändrar slutligen antalet eller egenskaperna hos postsynaptiska receptorer och strukturen hos dendritiska taggar. Kortvariga former som facilitering och depression formar informationsbearbetning på tidsskalan för pågående beteende.

Plasticitet är i sig plastisk: neuromodulatorer, utvecklingsstadium och tidigare historia påverkar alla hur lätt synapser förändras. Dysreglering av plasticitet har implicerats i beroende, kronisk smärta och utvecklingsstörningar. Experimentell induktion och ocklusion av plasticitet förblir centrala verktyg för att testa om särskilda synaptiska förändringar är nödvändiga för beteendeinlärning.

Några vältajmade toppar kan lämna en synaps mätbart förändrad i timmar.