V živčnem sistemu se informacije pretakajo iz živčnih celic, imenovanih nevroni, v druge živčne celice ali ne-nevronske celice s pomočjo specializiranega stičišča, imenovanega sinapsa. Sestavni deli sinapse vključujejo presinaptični konec, postsinaptični konec in sinaptično špranje, 20-nanometrov (7.874015748 X 10-7 palcev) vrzel med celicami. Ko živčni impulz potuje do presinaptičnega konca, presinaptični nevron sprosti majhne pakete ali vezikle nevrotransmiterskih kemikalij v sinaptično razpoko. Kemikalije se razpršijo po sinaptični špranje in se vežejo na postsinaptični konec, na katerem se nahajajo receptorji za signalno kemikalijo. Živčni signal ne more potekati neposredno čez sinaptično špranje; namesto tega vezava nevrotransmiterja na postsinaptično celico ustvari dotok natrija v celico, ki sproži drug živčni signal.
Obstaja več razlogov za sinaptično razpoko. Prvič, vrzel zagotavlja, da se informacijski signal premika samo v eno smer. Drugič, sinaptična špranja omogoča enemu nevronu, da komunicira z več postsinaptičnimi celicami, ali nasprotno, več nevronov, da konvergirajo signal v eno postsinaptično celico. To omogoča telesu, da hitro porazdeli signal ali jih združi skupaj, da ustvari stopenjsko odzivanje. Končno lahko ponavljajoči se dražljaji v ozadju, kot je stik med oblačili in kožo, porabijo zalogo nevrotransmiterja v presinaptičnem nevronu in preprečijo prehod nepotrebnega signala skozi razcep.
Sinapse vsebujejo enega od dveh ključnih nevrotransmiterjev. Tako v centralnem kot v perifernem živčnem sistemu acetilholin služi kot glavna signalna molekula v sinaptični špranje. Acetilholinski receptorji aktivirajo skeletne mišice in različne živčne celice v parasimpatičnem živčnem sistemu. Noradrenalin, drugi ključni nevrotransmiter, deluje predvsem v simpatičnem živčnem sistemu in sodeluje pri posredovanju reakcij “boj ali beg”.
Človeško telo vsebuje pet vrst sinaps, od katerih ima vsaka drugačen nevroreceptor in nevrotransmiter v sinaptični razcepi. Živčno-mišični stiki med živčnimi celicami in mišičnimi celicami stimulirajo mišico in povzročijo krčenje mišice s sproščanjem acetilholina v sinaptični razcepi. Sinapse ekscitatornih in zaviralnih ionskih kanalov spodbujajo ali ovirajo živčni impulz. Nekanalne sinapse povzročijo proizvodnjo kemikalij v postsinaptični celici. Redka sinapsa, imenovana električna sinapsa, si z neposrednim stikom deli nekaj beljakovin s sosednjimi celicami.
Droge, tako medicinske kot rekreacijske, povzročajo svoje učinke tako, da vklopijo ali izklopijo sinapse v človeškem telesu. Na primer, amfetamini, ekstazi, kokain in kofein delujejo tako, da spodbujajo sproščanje noradrenalina v sinapse po telesu s stimulativnim učinkom. Po drugi strani pa alkohol, marihuana in benzodiazepini, kot je Valium, spodbujajo sproščanje gama-aminomaslene kisline (GABA), ki ima pomirjevalni učinek. Zdravila delujejo tako, da posnemajo delovanje nevrotransmiterjev, blokirajo vezavo nevrotransmiterjev ali zaprejo ionske kanale, na katere običajno vplivajo nevrotransmiterji.