Messaggeri chimici rilasciati dai neuroni che attraversano la sinapsi da un neurone all'altro, stimolando il neurone postsinaptico. All'interno del neurone, i neurotrasmettitori sono contenuti in vescicole dette vescicole sinaptiche, che sono addensate alle estremità distali dell'assone nei punti in cui esso contrae un rapporto sinaptico con altri neuroni.

Nel momento in cui il neurone viene raggiunto da uno stimolo, le vescicole sinaptiche si fondono per esocitosi con la membrana pre-sinaptica, riversando il proprio contenuto nello spazio sinaptico (o fessura inter-sinaptica).

I neurotrasmettitori rilasciati si legano a recettori oppure a canali ionici localizzati sulla membrana post-sinaptica. L'interazione fra il neurotrasmettitore e il recettore/canale ionico scatena una risposta eccitatoria o inibitoria nel neurone post-sinaptico.