Chất dẫn truyền thần kinh là một chất truyền tin hóa học truyền tín hiệu qua khe synapse từ tế bào thần kinh này sang tế bào thần kinh khác hoặc đến tế bào cơ hoặc tuyến. Nó chuyển đổi hoạt động điện của tế bào tiền synapse thành tác động hóa học lên tế bào hậu synapse.

Khi điện thế hoạt động lan đến đầu cuối sợi trục, các túi chứa chất dẫn truyền thần kinh sẽ giải phóng chất dẫn truyền thần kinh vào khe synap. Các phân tử này liên kết với các thụ thể trên tế bào nhận, mở các kênh ion hoặc kích hoạt các chuỗi phản ứng nội bào, từ đó kích thích hoặc ức chế nơron hậu synap. Lượng chất dẫn truyền dư thừa được loại bỏ bằng cách tái hấp thu vào tế bào tiền synap, bằng cách phân giải enzyme hoặc bằng cách khuếch tán.

Hàng chục chất dẫn truyền thần kinh đã được xác định. Acetylcholine, dopamine, serotonin, norepinephrine, GABA và glutamate là những chất được nghiên cứu kỹ lưỡng nhất. Nhiều loại thuốc hướng thần hoạt động bằng cách bắt chước, ngăn chặn hoặc thay đổi sự sẵn có của các chất dẫn truyền thần kinh cụ thể. Sự kết hợp chính xác giữa các chất dẫn truyền và thụ thể tại mỗi khớp thần kinh quyết định đặc tính của tín hiệu được truyền đi.

Khoảng cách giữa các tế bào thần kinh được nối liền bởi các phân tử chất dẫn truyền thần kinh.