Glutamate là chất dẫn truyền thần kinh kích thích chính trong não động vật có vú. Nó làm tăng khả năng phát xung của tế bào thần kinh và rất cần thiết cho quá trình truyền dẫn synap nhanh, học tập và trí nhớ.

Glutamate tác động lên nhiều loại thụ thể, bao gồm thụ thể AMPA và NMDA. Thụ thể AMPA điều hòa các điện thế hậu synap kích thích nhanh. Thụ thể NMDA, cần cả glutamate và sự khử cực hậu synap để mở, đóng vai trò quan trọng trong tính dẻo dai của synap. Sự phát hiện trùng hợp do thụ thể NMDA thực hiện được coi là một cơ chế học tập ở cấp độ tế bào: khi hoạt động tiền và hậu synap trùng khớp, canxi đi vào và kích hoạt những thay đổi lâu dài giúp củng cố synap.

Quá nhiều glutamate có thể gây độc. Sự hoạt hóa quá mức các thụ thể glutamate có thể giết chết tế bào thần kinh, một quá trình liên quan đến đột quỵ, chấn thương sọ não và một số bệnh thoái hóa thần kinh. Các loại thuốc điều chỉnh sự truyền dẫn glutamate đang được nghiên cứu để điều trị trầm cảm, tâm thần phân liệt và tăng cường nhận thức.

Khi một tế bào thần kinh kích thích nhanh chóng một tế bào thần kinh khác, glutamate thường là chất truyền tin.