Quando un potenziale d'azione raggiunge un terminale presinaptico, attiva il processo di trasmissione sinaptica. Il primo passo è l'apertura rapida dei canali ionici del calcio nella membrana dell'assone, che consentono agli ioni calcio di fluire verso l'interno. Il conseguente aumento della concentrazione di calcio intracellulare causa la fusione delle vescicole sinaptiche contenenti il neurotrasmettitore con la membrana dell'assone e lo svuotamento del loro contenuto nello spazio extracellulare. Il neurotrasmettitore viene rilasciato attraverso esocitosi, e diffonde sui recettori situati sulla membrana della cellula bersaglio. Il neurotrasmettitore si lega ai recettori e li attiva. A seconda del tipo di recettori attivati, l'effetto sulla cellula bersaglio può essere quello di eccitazione o inibizione. L'intera sequenza di eventi si svolge in meno di un millesimo di secondo. Infine all'interno del terminale presinaptico, viene posizionata una nuova serie di vescicole vicino alla membrana, pronta per essere rilasciata al successivo potenziale d'azione.