乙酰胆碱是一种化学信使，负责在神经系统的突触间传递信号。它是第一个被发现的神经递质，至今仍是最通用的神经递质之一。

在神经肌肉接头处，它触发肌肉收缩。在大脑中，它支持注意力、学习和记忆；产生乙酰胆碱的神经元逐渐丧失是阿尔茨海默病的一个标志性特征。在自主神经系统中，它减缓心率并促进消化。不同的受体类型——尼古丁受体和毒蕈碱受体——使得同一种分子在不同组织中产生不同的效应。

一些能提高乙酰胆碱水平的药物，例如用于早期阿尔茨海默病治疗的药物，可以轻微改善认知症状。而一些阻断乙酰胆碱的药物，包括某些抗组胺药和抗抑郁药，则可能导致口干、视力模糊和记忆力减退。肉毒梭菌产生的毒素能阻止乙酰胆碱的释放，从而麻痹肌肉；在控制剂量下，它被用于医疗和美容领域。

乙酰胆碱说明了单一化学物质如何既能服务于最简单的运动行为，又能服务于最复杂的心理活动。