Verso la fine dell'Ottocento si ottengono importanti contributi per lo sviluppo della neurofarmacologia, grazie alla ricerca sulle modalità di trasmissione dell'impulso nervoso. Charles Scott Sherrington conia il termine sinapsi e Otto Loewi insieme a Henry Hallett Dale identificano l'acetilcolina, il primo mediatore chimico dell'impulso nervoso scoperto, descrivendone il ruolo di neurotrasmettitore per la muscolatura volontaria.