מערכת העצבים מעבירה ומקבלת מידע כל הזמן. המידע עובר כאותות חשמליים לאורך תאי העצב. אך כשתא העצב צריך להעביר את המידע לתא עצב אחר, הוא עושה זאת דווקא באמצעות אותות כימיים
תאי עצב מגיעים במגוון גדלים וצורות, המאפשרות להם להעביר מידע לתאים עצב קרובים ורחוקים. כשתא עצב מקבל מידע, נוצר אות חשמלי שעובר במהירות לאורך מבנה מאורך בתא העצב הקרוי אקסון. האקסונים טובים בהעברת מסרים חשמליים משום שהם מבודדים היטב בשכבה שומנית העוטפת אותם - שכבות המיאלין. המעטפת הזו הכרחית להעברת אותות החשמל - בדומה למעטפת של חוטי חשמל המבודדת אותם ומאפשרת לזרם חשמלי לנוע למרחקים מבלי שיחלש. העברת המידע לאורך האקסון של תא העצב מכונה פוטנציאל הפעולה.
אחרי שהאות החשמלי צלח את המסע לאורכו של האקסון, עליו לעבור הלאה לתאי העצב הבאים, המחוברים לתא שהעביר את האות. העברת המידע מתא עצב אחד לשני מתרחשת בסינפסות - נקודות החיבור בין שני תאי עצב. כשפוטנציאל הפעולה מתקדם באקסון, הוא גורם לפתיחה של תעלות סידן שנמצאות על גבי הממברנה של התא. פתיחתן מביאה לעלייה בריכוז הסידן בסינפסה, ומפעילה חלבונים רגישים לסידן הקשורים לבועיות (vesicles) המכילות מלאות במוליכים עצביים (neurotransmitters).
המרווח הבין סינפטי
בעקבות הפעלת החלבונים הבועיות נדחפות לקצה התא ומתאחות עם ממברנת התא. בעקבות זאת המוליכים העצביים נשפכים מתוך התא לחלל בין תאי המכונה "המרווח הבין סינפטי". המוליכים העצביים חוצים את המרווח ונקשרים לקולטנים מיוחדים על גבי ממברנת תא העצב השכן.
ברוב המקרים, הפעלת קולטנים מביאה לפתיחת תעלות נתרן הנמצאות על גבי ממברת התא שקיבל את המידע. כשתעלות הנתרן נפתחות, כניסת הנתרן מביאה לשנויים במתח החשמלי של ממברנת התא, ומביאה לדפולריזציה ותחילת פוטנציאל פעולה חדש. ההפעלה יכולה להיות ישירות על ידי זרימת יוני נתרן דרך הקולטן עצמו (קולטן יונוטרופי) או דרך מערכת תוך תאית מבוסס חלבוני G (קולטן מטאבוטרופי).
על מנת למנוע הפעלת יתר של תא העצב עודפי המוליכים העצביים נשאבים חזרה לתא המקור, והיתר מפורקים בידי אנזימים מיוחדים. ישנם לא מעט רעלים הפועלים על המנגנון הזה. המפורסם שבהם הוא גז העצבים, אשר גורם לעיכוב תמידי - ולמעשה השבתה - של האנזים אצטיל כולין אסטראז. התפקיד של האנזים הזה הוא לפרק את המוליך העצבי אצטיל כולין, שפועל בעיקר בעצבים המפעילים שרירים. על מנת לנגוד פעולת רעלן זה, מזריקים אטרופין, שגם הוא משפיע על אותו האנזים, אך הוא לא פוגע באנזים. כך הוא יוצר תחרות עם הרעלן ההרסני - ומונע פגיעה בחלק מהאנזימים.
הסרטון מסביר כיצד מידע עובר בסינפסה מתא עצב אחד לאחר. עקרון הפעולה המוצג תקף כמעט לכל מפגש בין תאי עצב:
