Bij een chemische synaps raken de cellen elkaar niet: er zit een smalle synapsspleet van ongeveer 20–40 nanometer tussen. De overdracht verloopt in stappen. (1) Een actiepotentiaal bereikt het uiteinde van het axon (de presynaptische membraan). (2) Daardoor openen calciumkanalen en stromen Ca²⁺-ionen naar binnen. (3) Blaasjes met neurotransmitter versmelten met het membraan en lozen hun inhoud in de spleet. (4) De neurotransmitter diffundeert naar de postsynaptische membraan en bindt aan receptoren. (5) Daar gaan ionkanalen open, waardoor de volgende cel wordt geprikkeld of juist geremd. (6) Tot slot wordt de neurotransmitter afgebroken door een enzym of teruggepompt, zodat het signaal stopt.
Omdat alleen het presynaptische uiteinde neurotransmitters maakt, loopt het signaal maar in één richting. De chemische stap kost ongeveer een halve milliseconde. Een neuron kan duizenden synapsen hebben; of het zelf een actiepotentiaal afvuurt, hangt af van de optelsom van prikkelende en remmende signalen. Daarnaast bestaan elektrische synapsen, waarbij cellen via kanaaltjes (gap junctions) direct verbonden zijn, bijvoorbeeld in de hartspier.
Bekende neurotransmitters zijn acetylcholine (bij de verbinding zenuw–spier), dopamine (beloning en beweging), serotonine (stemming) en GABA (remming). Veel stoffen werken in op synapsen: nicotine bootst acetylcholine na, sommige antidepressiva remmen de heropname van serotonine, en zenuwgassen blokkeren het enzym dat acetylcholine afbreekt. Leren en onthouden berust voor een groot deel op het sterker of zwakker worden van synapsen (synaptische plasticiteit).
In welke discipline?
Biologie (zenuwstelsel, fysiologie) en scheikunde (signaalmoleculen).