Die Kommunikation zwischen Neuronen findet an spezialisierten Strukturen statt, die als Synapsen bezeichnet werden. Elektrische Synapsen, auch Gap Junctions genannt, bestehen aus zwei Halbkanälen (Connexone) in benachbarten Zellen. Diese verbinden sich zu einem durchgehenden Kanal, über den elektrische Signale (Spannungsänderungen) sowie kleine Moleküle direkt von Zelle zu Zelle übertragen werden können. Bei chemischen Synapsen wird ein elektrisches Signal in der präsynaptischen Zelle in ein chemisches Signal umgewandelt. Dabei werden Neurotransmitter freigesetzt, die den synaptischen Spalt überqueren und an Rezeptoren der postsynaptischen Zelle binden. Ligandengesteuerte Ionenkanäle sind Rezeptoren mit einem integrierten Ionenkanal. Wenn ein Transmittermolekül bindet, verändert das Protein seine Konformation, sodass sich der Ionenkanal öffnet. Dies kann zu einem exzitatorischen (Depolarisation durch Einstrom von Kationen) oder einem inhibitorischen (Hyperpolarisation durch Einstrom von Anionen) postsynaptischen Potenzial führen. Metabotrope Rezeptoren besitzen keinen Ionenkanal. Vielmehr aktiviert die Bindung eines Transmitters ein intrazelluläres G-Protein. Dieses setzt eine signalverstärkende Reaktionskette in Gang, bei der Second Messenger wie cAMP, IP \(_{3}\) oder Diacylglycerol gebildet werden. Diese Botenstoffe können wiederum Ionenkanäle beeinflussen, Enzyme aktivieren oder die Genexpression regulieren.