Figur 10 viser et detaljert bilde av en kjemisk synapse. Aksonenden vi ser tilhører det vi kaller den presynaptiske celle. Den andre cellen kalles den postsynaptiske celle. Kløften mellom disse cellene kalles synapsekløften. Inni aksonenden finner vi mange blærer, eller vesikler, som inneholder molekyler vi kaller nevrotransmitterstoffer. Eksempler på slike er acetylkolin, adrenalin og dopamin.
Fig.10 Synapse
Det følgende skjer i synapsen (se animasjon Fig. 11):
Et aksjonspotensial (nerveimpuls) ankommer aksonenden og åpner her ionekanaler for kalsium (Ca2+) i stedet for natrium. Vesikler i aksonenden smelter da sammen med cellemembranen og tømmer ut vanligvis ett eller kanskje to typer nevrotransmitterstoff i synapsekløften. Ved diffusjon vandrer nevrotransmitterstoffene til den postsynaptiske cellemembran og binder seg til sine spesifikke proteiner i cellemembranen, de vi kaller reseptorer. En slik binding medfører at det åpnes en ionekanal, for eksempel for natrium eller kalium. Nevrotransmitterstoffet får bare virke i svært kort tid før det brytes ned og/ eller tas opp igjen av presynaptisk nervecelle. Stimuleringen av nevrotransmitterstoffet virker altså bare i svært kort tid. Årsaken til det, er for å kunne skille en eventuell neste nerveimpuls fra den første.
Fig.11 Synapse animasjon
Dersom nevrotransmitterstoffet åpner en natriumkanal, vil natrium strømme inn i den postsynaptiske nervecellen. Dette øker sannsynligheten for at membranpotensialet ved aksonet til den postsynaptiske nervecellen nærmer seg terskelverdien.
Altså, åpnes det mange nok natriumkanaler samtidig ved synapsene, kan konsekvensen bli at nervecellen sender en nerveimpuls videre. Er det derimot kaliumkanaler som åpnes, vil sannsynligheten avta for at den postsynaptiske nervecellen sender ny nerveimpuls, fordi da strømmer kalium ut av den postsynaptiske cellen og membranpotensialet synker mot -100 mV. Dette gjør det vanskeligere eller mindre sannsynlig å oppnå terskelverdien (-50mV) da natriumkanalene i aksonet åpnes spontant.
Det er altså summen av det som skjer i synapsene som avgjør om den postsynaptiske nervecellen sender nerveimpuls eller ikke.