U živčanom sustavu informacije teče od živčanih stanica, zvanih neuroni, do drugih živčanih stanica ili ne-neuronskih stanica pomoću specijaliziranog spoja zvanog sinapsa. Komponente sinapse uključuju presinaptički završetak, postsinaptički završetak i sinaptički rascjep, razmak od 20 nanometara (7.874015748 X 10-7 inča) između stanica. Kada živčani impuls putuje do presinaptičkog završetka, presinaptički neuron oslobađa male pakete ili vezikule neurotransmiterskih kemikalija u sinaptički rascjep. Kemikalije difundiraju preko sinaptičkog pukotina i vežu se na postsinaptički završetak, na kojem se nalaze receptori za signalnu kemikaliju. Živčani signal ne može ići izravno preko sinaptičke pukotine; radije, vezanje neurotransmitera na postsinaptičku stanicu stvara dotok natrija u stanicu, što pokreće drugi živčani signal.
Postoji nekoliko razloga za sinaptički rascjep. Prvo, jaz osigurava da se informacijski signal kreće samo u jednom smjeru. Drugo, sinaptički rascjep omogućuje jednom neuronu da komunicira s nekoliko postsinaptičkih stanica, ili obrnuto, nekoliko neurona da konvergiraju signal u jednu postsinaptičku stanicu. To omogućuje tijelu da brzo distribuira signal ili ih zbroji kako bi stvorio stupnjevani odgovor. Konačno, ponavljajući pozadinski podražaji, kao što je kontakt između odjeće i kože, mogu potrošiti opskrbu neurotransmitera u presinaptičkom neuronu, sprječavajući prolaz nepotrebnog signala kroz rascjep.
Sinapse sadrže jedan od dva ključna neurotransmitera. I u središnjem i u perifernom živčanom sustavu, acetilkolin služi kao glavna signalna molekula u sinaptičkom pukotinu. Acetilkolinski receptori aktiviraju skeletne mišiće i različite živčane stanice u parasimpatičkom živčanom sustavu. Noradrenalin, drugi ključni neurotransmiter, prvenstveno funkcionira unutar simpatičkog živčanog sustava, uključen u posredovanje reakcija “bori se ili bježi”.
Ljudsko tijelo sadrži pet vrsta sinapsi, svaka s različitim neuroreceptorima i neurotransmiterima u sinaptičkom pukotinu. Neuromuskularni spojevi između živčanih stanica i mišićnih stanica stimuliraju mišiće i induciraju kontrakciju mišića oslobađanjem acetilkolina u sinaptičkom pukotinu. Ekscitatorne i inhibitorne sinapse ionskih kanala potiču ili ometaju živčani impuls. Nekanalne sinapse rezultiraju proizvodnjom kemikalija glasnika unutar postsinaptičke stanice. Rijetka sinapsa, nazvana električna sinapsa, dijeli neke proteine sa susjednim stanicama izravnim kontaktom.
Droge, i medicinske i rekreacijske, proizvode svoje učinke uključivanjem ili isključivanjem sinapsi unutar ljudskog tijela. Na primjer, amfetamini, ekstazi, kokain i kofein djeluju tako što potiču oslobađanje noradrenalina u sinapse u cijelom tijelu, uz stimulativni učinak. S druge strane, alkohol, marihuana i benzodiazepini, kao što je Valium, potiču oslobađanje gama-aminomaslačne kiseline (GABA), koja ima umirujući učinak. Lijekovi djeluju tako što oponašaju djelovanje neurotransmitera, blokiraju vezanje neurotransmitera ili zatvaraju ionske kanale na koje inače utječu neurotransmiteri.