谷氨酸是哺乳動物大腦中主要的興奮性神經傳導物質。它能增加神經元放電的可能性，對快速突觸傳遞、學習和記憶至關重要。

麩胺酸作用於多種受體，包括AMPA受體和NMDA受體。 AMPA受體介導快速興奮性突觸後電位。 NMDA受體需要麩胺酸和突觸後去極化才能開放，在突觸可塑性中發揮關鍵作用。 NMDA受體執行的同步檢測被廣泛認為是學習的細胞機制：當突觸前和突觸後活動同步時，鈣離子進入細胞並觸發持久性改變，從而增強突觸。

谷氨酸過量具有毒性。麩胺酸受體過度活化會導致神經元死亡，這個過程與中風、創傷性腦損傷和某些神經退化性疾病有關。目前，一些調節谷氨酸傳遞的藥物正在研究中，預計將用於治療憂鬱症、精神分裂症和認知功能增強。

當一個神經元迅速興奮另一個神經元時，谷氨酸通常是信使。