神経細胞は、自分の電気信号を他の神経細胞に伝えることで、お互いにコミュニケーションをとっています。シナプスとは、2つのニューロンが出会って信号を交換する場所のことです。シナプスでは、信号を送る側の神経細胞をシナプス前細胞、メッセージを受け取る側の神経細胞をシナプス後細胞と呼びます。なお、ほとんどの神経細胞は、情報の送信と受信の両方を行うため、シナプス前細胞とシナプス後細胞の両方を持つことができます。
電気的シナプスは、シナプス前細胞とシナプス後細胞がギャップ結合と呼ばれるタンパク質によって物理的に結合しているシナプスの一種で、電気信号がシナプス後細胞に直接伝達されます。このシナプスの特徴は、電気信号の伝達が非常に速く、時には数ミリ秒という速さで伝達され、エネルギーを必要としないことです。これは、ザリガニが捕食者の存在を感じて運動反応を起こすような、逃避行動に関わる回路によく用いられます。
これに対して、化学的なシナプスでの伝達は段階的に行われます。活動電位が軸索末端に到達すると、電位依存性のカルシウムチャネルが開き、カルシウムイオンが入り込みます。これらのイオンは、神経伝達物質を含む小胞が細胞膜と融合するきっかけとなり、神経伝達物質をシナプス間隙と呼ばれる2つのニューロンの間の小さな空間に放出します。これらの神経伝達物質（グルタミン酸、GABA、ドーパミン、セロトニンなど）は、シナプス後の細胞膜にある特定の受容体に結合できます。神経伝達物質は受容体に結合した後、シナプス間隙からリサイクルされたり、分解されたり、拡散したりします。
人間の脳では化学的なシナプスが主流であり、神経伝達物質の放出に伴う遅延があるため、電気的なシナプスに比べて有利です。まず、少数または多数の小胞が放出され、シナプス後の反応が多様になります。次に、異なる受容体との結合により、シナプス後細胞の膜電位が上昇または低下する可能性があります。さらに、シナプス間隙での神経伝達物質の利用可能性は、リサイクルと拡散によって調節されます。このようにして、化学的シナプスは、高度に制御され、微調整されたニューロンシグナル伝達を実現しています。
