Zarówno synapsy, jak i neuroprzekaźniki są kluczowymi elementami sieci komunikacji chemicznej ośrodkowego układu nerwowego, odpowiedzialnej za przekazywanie wiadomości między komórkami nerwowymi, czyli neuronami. Mówiąc obrazowo, neuroprzekaźnik jest posłańcem, a synapsa jest ścieżką, którą podróżuje posłaniec. Fizycznie zarówno synapsy, jak i neuroprzekaźniki znajdują się w szczelinie synaptycznej, czyli przestrzeni między końcem neuronu wysyłającego wiadomość a początkiem neuronu odbierającego komunikację.
Kiedy zwierzę lub osoba zbiera informacje z narządu zmysłów lub impulsu mózgowego, wykorzystuje synapsy i neuroprzekaźniki do dzielenia się tą informacją, czy to korzystną, czy groźną, z wieloma komórkami nerwowymi, które następnie mogą wysyłać rozkazy do mięśni, pozwalając ciału na reakcję co jest widziane, słyszane lub myślane. Cały proces może zająć mniej niż jedną milionową sekundy. Każdy neuron ma dostęp do co najmniej 1,000 ścieżek, czyli synaps.
Gdy dane z mózgu lub zmysłów zostaną wysłane do komórki nerwowej, ta komórka nerwowa uwalnia neuroprzekaźniki ze swojego końcowego końca, formalnie zwanego końcówką stopy. Jedna stopa może jednocześnie uwalniać od 2,000 do 5,000 cząsteczek neuroprzekaźników, w zależności od zawartości wapnia. Do czasu uwolnienia neuroprzekaźniki są przechowywane w śródstopiu w okrągłych, błoniastych obudowach, zwanych pęcherzykami. Po uwolnieniu neuroprzekaźniki przemieszczają się po synapsach na drodze dyfuzji, aby dotrzeć do błony następnej komórki nerwowej, gdzie mogą być ponownie wykorzystane i wysłane do innych neuronów lub pozostawione do rozpadu.
Synapsy uczestniczą zarówno w komunikacji elektrycznej, jak i chemicznej w układzie nerwowym. Podczas gdy synapsy i neuroprzekaźniki współpracują ze sobą w celu przekazywania informacji chemicznych, komunikacja elektryczna nie opiera się na neuroprzekaźnikach. Podczas komunikatów elektrycznych, które są zwykle używane wyłącznie do aktywności mózgu lub oczu, komórki nerwowe wysyłają do siebie prądy jonowe przez synapsy. W takich przypadkach prądy jonowe stają się posłańcami, zastępując w ten sposób chemikalia znane jako neuroprzekaźniki. Neuroprzekaźniki są używane w komunikacji w całym ciele.
Istnieją dwa rodzaje synaps i neuroprzekaźników. Synapsy mogą być symetryczne lub asymetryczne, podczas gdy neuroprzekaźniki mogą pobudzać, jak glutaminian, lub hamować, jak kwas gamma-aminomasłowy (GABA). Kilka rzadkich neuroprzekaźników, takich jak dopamina, działa zarówno pobudzająco, jak i hamująco.
Neuroprzekaźniki pobudzające są uwalniane z okrągłych pęcherzyków i przemieszczają się wzdłuż asymetrycznych synaps. Neuroprzekaźniki hamujące są uwalniane z płaskich pęcherzyków i przemieszczają się symetrycznie przez synapsy. Przykładami neuroprzekaźników są acetylocholina, która wpływa na pracę mięśni i dopamina, która wpływa na percepcję sensoryczną, skupienie i nastrój. Inne neuroprzekaźniki to noradrenalina, która pomaga w zasypianiu i serotonina, która pomaga w poznawaniu, apetytu i snach.