Långvarig potentiering är en varaktig ökning av styrkan i synaptisk transmission som följer kort, högfrekvent stimulering av en signalväg. Det betraktas allmänt som en cellulär mekanism som ligger till grund för inlärning och minne.

När en presynaptisk neuron avfyrar snabbt och upprepade gånger signaler mot en postsynaptisk neuron blir synapsen effektivare. Efterföljande signaler producerar större postsynaptiska svar. Processen är starkt beroende av NMDA-receptorer, som endast tillåter kalcium att komma in när den postsynaptiska cellen redan är depolariserad. Kalcium utlöser molekylära kaskader som sätter in fler AMPA-receptorer i membranet och kan leda till strukturella förändringar såsom tillväxten av nya dendritiska taggar.

Långsiktig potentiering har studerats mest utförligt i hippocampus, men liknande processer sker i andra hjärnregioner. Att blockera de molekylära stegen i LTP försämrar vissa former av inlärning hos djur; att förbättra dem kan förbättra prestationen. Fenomenet utgör en konkret bro mellan erfarenhet och varaktig förändring i neurala kretsar.

När en synaps minns den senaste intensiva aktiviteten genom att bli starkare, är långsiktig potentiering igång.