长时程增强是指在短暂、高频刺激神经通路后，突触传递强度持久增强的现象。它被广泛认为是学习和记忆的细胞机制。

当突触前神经元快速且反复地向突触后神经元发送信号时，突触的效率会提高。后续信号会产生更强的突触后反应。这一过程高度依赖于NMDA受体，NMDA受体仅允许钙离子在突触后细胞去极化时进入细胞。钙离子触发一系列分子级联反应，将更多的AMPA受体插入细胞膜，并可能导致结构变化，例如新树突棘的生长。

长时程增强作用（LTP）在海马体中研究最为广泛，但类似的机制也存在于其他脑区。阻断LTP的分子步骤会损害动物的某些学习能力；而增强LTP则可以提高学习表现。这种现象为经验与神经回路的持久改变之间架起了一座具体的桥梁。

当突触通过增强自身强度来记住最近的强烈活动时，这就是长期增强作用。