Synapsen sind Verbindungsstellen zwischen zwei Nervenzellen oder zwischen einer Nervenzelle und einer Muskelzelle oder einer Drüsenzelle. Man unterscheidet elektrische und chemische Synapsen. Von ihrer Funktion her könnte man Synapsen auch als Kommunikations-Schnittstellen zwischen einer Senderzelle und einer Empfängerzelle bezeichnen.
Bei den elektrischen Synapsen wird die Information direkt durch Ionenströme von der präsynaptischen Zelle auf die postsynaptische Zelle übertragen. Die beiden Zellen sind über kleine Kontaktstellen direkt miteinander verbunden.
Bei chemischen Synapsen muss das elektrische Signal der präsynaptischen Zelle in ein chemisches Signal umgewandelt werden. Hier verursacht das ankommende Aktionspotenzial die Ausschüttung chemischer Botenstoffe, der Neurotransmitter, in den synaptischen Spalt. An der postsynaptischen Membran bewirken diese Neurotransmitter das Öffnen bestimmter Ionenkanäle. Der Einstrom von Natrium-Ionen bewirkt eine Depolarisierung bzw. ein EPSP (erregendes postsynaptisches Potenzial) der postsynaptischen Membran. Der Einstrom von Chlorid-Ionen oder der Ausstrom von Kalium-Ionen führt dagegen zu einer Hyperpolarisierung bzw. zu einem IPSP (inhibitorisches postsynaptisches Potenzial).
Diese postsynaptischen Potenziale breiten sich elektrotonisch aus und schwächen sich dabei zeitlich und räumlich ab. Mehrere EPSPs können sich addieren (zeitliche und räumliche Summation), so dass am Axonhügel der Schwellenwert für die Bildung von Aktionspotenzialen erreicht wird.
Lernprozesse beruhen auf der synaptischen Plastizität. Das heißt, wenn eine Synapse immer wieder erregt wird, verstärkt sich die Signalübertragung durch präsynaptische Aktivierung (zum Beispiel werden dann mehr Neurotransmitter ausgeschüttet) oder postsynaptische Aktivierung (zum Beispiel werden dann mehr Rezeptoren in die postsynaptische Membran eingebaut).