Sono noti due distinti tipi di colinesterasi, l’acetilcolinesterasi (AChE) e la butirrilcolinesterasi (BChE). Entrambe sono costituite da subunità catalitiche globulari, che costituiscono lo forme solubili presenti a livello plasmatico e nel fluido cerebrospinale. In altri siti, le subunità catalitiche sono legate ai glicolipidi o a gruppi simili al collagene, attraverso i quali esse sono ancorate alla membrana cellulare o alla membrana basale. L'AChE è legata alla membrana basale nello spazio sinaptico delle sinapsi colinergiche, dove la sua funzione consiste nell'idrolizzare il trasmettitore liberato. La forma solubile dell'acetilcolinesterasi è presente all'interno delle terminazioni colinergiche, dove sembra avere un ruolo nella regolazione della concentrazione di acetilcolina libera, e dalle quali può essere rilasciata.