Synapsit ja välittäjäaineet ovat molemmat keskushermoston kemiallisen viestintäverkon avainkomponentteja, jotka ovat vastuussa viestien välittämisestä hermosolujen tai hermosolujen välillä. Kuvaannollisesti neurotransmitteri on sanansaattaja ja synapsi on lähettäjän kulkema reitti. Fyysisesti sekä synapsit että välittäjäaineet sijaitsevat synaptisessa halkeamassa, joka on viestiä lähettävän neuronin pään ja viestintää vastaanottavan neuronin alun välinen tila.
Kun eläin tai henkilö kerää tietoa aistinelimestä tai aivopulssista, se jakaa synapsien ja välittäjäaineiden avulla hyödyllisiä tai uhkaavia tietoja useiden hermosolujen kanssa, jotka voivat sitten lähettää käskyjä lihaksille, jolloin fyysinen keho voi reagoida mitä nähdään, kuullaan tai ajatellaan. Koko prosessi voi kestää alle miljoona sekunnin. Jokaisella neuronilla on pääsy vähintään 1,000 polkuun tai synapsiin.
Kun tiedot aivoista tai aisteista on lähetetty hermosolulle, kyseinen hermosolu vapauttaa välittäjäaineita terminaalipäästään, jota kutsutaan virallisesti endfootiksi. Yksi jalkaterä saattaa vapauttaa 2,000–5,000 välittäjäaineiden molekyyliä kerrallaan riippuen siitä, kuinka paljon kalsiumia on läsnä. Vapauttamiseen saakka välittäjäaineita säilytetään pyöreissä kalvokoteloissa, joita kutsutaan vesikkeleiksi, jalkaterässä. Vapautumisen jälkeen välittäjäaineet kulkevat synapsissa diffuusion avulla päästäkseen seuraavan hermosolun kalvoon, missä ne voidaan käyttää uudelleen ja lähettää muille neuroneille tai antaa hajota.
Synapsit osallistuvat sekä sähköiseen että kemialliseen viestintään hermostossa. Vaikka synapsit ja välittäjäaineet toimivat yhdessä kemiallisia viestejä varten, sähköinen viestintä ei ole riippuvainen välittäjäaineista. Sähköisten viestien aikana, joita käytetään yleensä yksinomaan aivojen tai silmien toimintaan, hermosolut lähettävät ionivirtoja synapsien yli toisilleen. Tällaisissa tapauksissa näistä ionivirroista tulee sanansaattajia, jolloin ne korvaavat välittäjäaineina tunnettuja kemikaaleja. Neurolähettimiä käytetään viestinnässä kaikkialla muualla kehossa.
Synapsia ja välittäjäaineita on kahdenlaisia. Synapsit voivat olla symmetrisiä tai epäsymmetrisiä, kun taas välittäjäaineet voivat olla kiihottavia, kuten glutamaatti, tai estäviä, kuten gamma-aminovoihappoa (GABA). Muutamat harvinaiset välittäjäaineet, kuten dopamiini, ovat sekä kiihottavia että estäviä.
Herättävät välittäjäaineet vapautuvat pyöreistä rakkuloista ja kulkevat epäsymmetrisiä synapsia pitkin. Estävät välittäjäaineet vapautuvat litteistä rakkuloista ja matkasymmetrisistä synapsista. Esimerkkejä välittäjäaineista ovat asetyylikoliini, joka vaikuttaa lihasten toimintaan, ja dopamiini, joka vaikuttaa aistien havaintoon, henkiseen keskittymiseen ja mielialaan. Muita välittäjäaineita ovat noradreneriini, joka auttaa nukkumismalleja, ja serotoniini, joka auttaa kognitiossa, ruokahalussa ja unissa.