Hierbei handelt es sich um Trägerstoffe für den Prozess der chemischen Signalübertragung an den Synapsen zwischen zwei Neuronen. Sie sind endogene, biochemische Botenstoffe, welche die Information von einer Nervenzelle zur anderen über die Kontaktstellen der Nervenzellen, die Synapsen, weitergeben. Es handelt sich also um chemische Substanzen, die an den Enden der Nerven die Erregungsübertragung garantieren. In die Synapse einlaufende elektrische Impulse (Aktionspotentiale) veranlassen die Ausschüttung der Botenstoffe aus ihren Speicherorten, den synaptischen Vesikeln. Das geschieht durch Exozytose (eine besondere Art des Stofftransportes aus der Zelle heraus, bei der im Cytosol liegende Vesikel mit der Zellmembran verschmelzen und so die in ihnen gespeicherten Stoffe freigeben), wobei durch die Fusion der Vesikelmembran mit der präsynaptischen Membran die Transmittermoleküle in den synaptischen Spalt (den Zwischenraum zwischen zwei Nervenzellen) gelangen und zu den Rezeptoren des nachgeschalteten postsynaptischen Neurons diffundieren. Die Neurotransmitter werden nach ihrer Ausschüttung auf verschiedene Weise deaktiviert und/oder abgebaut.

Die wohl allgemein bekanntesten Neurotransmitter sind Noradrenalin, Acetylcholin, Dopamin und Serotonin. Häufig wird die Wirkung der Neurotransmitter noch durch weitere Stoffe moduliert, den sogenannten Neuromodulatoren.

Sehr viele Arzneimittel und Rauschsubstanzen beeinflussen die Freisetzung bzw. die Hemmung der Freisetzung dieser Substanzen, was sich auf die Tätigkeit der Organe auswirkt.