בקצהו של תא העצב, המכונה אקסון, ישנן "שלפוחיות סינפטיות" המכילות אלפי מולקולות של חומר כימי- זהו הנוירוטרנסמיטר, המשמש להעברה של מידע בין תאי העצב. סוגים שונים של טרנסמיטרים נמצאים באקסונים של נוירונים שונים, וסוגים שונים של קולטנים, ייחודיים לכול נוירוטרנסמיטר, קולטים את החומר הכימי בנוירון הסמוך. כשהדחף החשמלי עובר לכול אורכו של תא העצב הוא מגיע לקצה האקסון, אז משחררות חלק מהשלפוחיות הסינפטיות את החומר הכימי האגור בתוכן. החומר משתחרר למרווח בין תא העצב לזה הבא אחריו ("המרווח הסינפטי"). מעברו השני של המרווח הסינפטי נמצאים קולטנים, הם קושרים אליהם את מולקולות הנוירוטרנסמיטר, וגורמים לשינוי מקומי במתח החשמלי באותו התא. אם השינוי יהיה גדול מספיק יעבור זרם חשמלי גם לכול אורכו של הנוירון הזה. כך מועברים מסרים לאורכה של מערכת העצבים.
פעילותם של נוירוטרנסמיטורים מקושרת להפרעות נפשיות רבות: סכיזופרניה, למשל, מקושרת לעודף דופאמין והפרעות מצב רוח שונות מקושרות לויסות לקוי בפעילותם של נוירוטרנסמיטורים כסרוטונין ונוראפינפרין. הנוירוטרנסמיטר האנדוגני הוא מולקולה שנוצרת בגוף בתוך תא העצב. נוירוטרנסמיטר אקסוגני הוא חומר כימי סינטטי, שמחקה את פעולתו של נוירוטרנסמיטר אנדוגני כלשהו. חומרים אלה הם למעשה תרופות פסיכיאטריות שמטרתן להשפיע על תהליכים במערכת העצבים- חלקן מחזקות את פעולתו של נוירוטרנסמיטר מסוים, ואחרות להפך- מפחיתות את ההשפעה של נוירוטרנסמיטר כלשהו.
