I nervsystemet flödar information från nervceller, kallade neuroner, till andra nervceller eller icke-neuronala celler med hjälp av en specialiserad förbindelse som kallas synaps. Komponenterna i en synaps inkluderar den presynaptiska ändelsen, den postsynaptiska ändelsen och den synaptiska klyftan, ett 20-nanometer (7.874015748 X 10-7 tum) mellanrum mellan cellerna. När en nervimpuls går till den presynaptiska änden, släpper den presynaptiska neuronen ut små paket eller vesiklar av neurotransmittorkemikalier i den synaptiska klyftan. Kemikalierna diffunderar över den synaptiska klyftan och binder till den postsynaptiska änden, på vilken receptorer för den signalerande kemikalien finns. Nervsignalen kan inte fortsätta direkt över den synaptiska klyftan; snarare skapar bindningen av signalsubstansen till den postsynaptiska cellen ett inflöde av natrium in i cellen, vilket initierar ytterligare en nervsignal.
Det finns flera orsaker till den synaptiska klyftan. För det första säkerställer gapet att informationssignalen rör sig i endast en riktning. För det andra tillåter den synaptiska klyftan en neuron att kommunicera med flera postsynaptiska celler, eller omvänt, flera neuroner att konvergera en signal till en postsynaptisk cell. Detta gör att kroppen kan distribuera en signal snabbt eller lägga ihop dem för att skapa ett graderat svar. Slutligen kan repetitiva bakgrundsstimuli, såsom kontakten mellan kläder och hud, spendera tillgången på neurotransmittor i den presynaptiska neuronen, vilket förhindrar passage av den onödiga signalen genom klyftan.
Synapser innehåller en av två viktiga neurotransmittorer. I både det centrala och det perifera nervsystemet fungerar acetylkolin som huvudsignalmolekylen i synapspalten. Acetylkolinreceptorer aktiverar skelettmuskulaturen och olika nervceller i det parasympatiska nervsystemet. Noradrenalin, den andra viktiga neurotransmittorn, fungerar främst inom det sympatiska nervsystemet, involverat i att förmedla ”fight or flight”-reaktioner.
Människokroppen innehåller fem typer av synapser, var och en med olika neuroreceptorer och signalsubstanser i den synaptiska klyftan. Neuromuskulära förbindelser mellan nervceller och muskelceller stimulerar muskeln och framkallar kontraktion av muskeln genom frisättning av acetylkolin i synapspalten. Excitatoriska och hämmande jonkanalsynapser hetsar upp respektive hindrar en nervimpuls. Icke-kanalsynapser resulterar i produktion av budbärarkemikalier i den postsynaptiska cellen. En sällsynt synaps, som kallas en elektrisk synaps, delar vissa proteiner med intilliggande celler genom direkt kontakt.
Läkemedel, både medicinska och rekreationsmässiga, ger sina effekter genom att slå på eller av synapser i människokroppen. Till exempel fungerar amfetamin, ecstasy, kokain och koffein genom att främja frisättningen av noradrenalin till synapser i hela kroppen, med en stimulerande effekt. Å andra sidan främjar alkohol, marijuana och bensodiazepiner, såsom Valium, frisättningen av gamma-aminosmörsyra (GABA), som har en lugnande effekt. Läkemedel verkar genom att efterlikna effekten av signalsubstanser, blockera bindningen av signalsubstanser eller stänga av jonkanaler som normalt påverkas av signalsubstanser.