Neurony komunikują się w synapsach lub połączeniach, aby pobudzać lub hamować aktywność innych neuronów lub komórek docelowych, takich jak mięśnie. Synapsy mogą być chemiczne lub elektryczne.

Większość synaps jest chemiczna. Oznacza to, że impuls elektryczny – lub potencjał czynnościowy – pobudza uwalnianie przekaźników chemicznych. Te przekaźniki chemiczne są również nazywane neuroprzekaźnikami. Neuron wysyłający sygnał nazywany jest neuronem presynaptycznym. Neuron odbierający sygnał jest neuronem postsynaptycznym.

Neuron presynaptyczny wystrzeliwuje potencjał czynnościowy, który przemieszcza się przez jego akson. Koniec aksonu lub zakończenie aksonu zawiera pęcherzyki wypełnione neuroprzekaźnikami. Potencjał czynnościowy otwiera bramkowane napięciem kanały jonów wapnia w błonie końca aksonu. Ca²⁺ szybko wnika do komórki presynaptycznej (ze względu na wyższe zewnętrzne stężenie Ca^{2 +}), umożliwiając pęcherzykom połączenie się z błoną końcową i uwolnienie neuroprzekaźników.

Przestrzeń między komórkami presynaptycznymi i postsynaptycznymi nazywana jest szczeliną synaptyczną. Neuroprzekaźniki uwalniane z komórki presynaptycznej szybko zasiedlają szczelinę synaptyczną i wiążą się z receptorami na neuronie postsynaptycznym. Wiązanie neuroprzekaźników inicjuje zmiany chemiczne w neuronach postsynaptycznych, takie jak otwieranie lub zamykanie kanałów jonowych. To z kolei zmienia potencjał błonowy komórki postsynaptycznej, zwiększając prawdopodobieństwo wyzwolenia potencjału czynnościowego.

Aby zakończyć sygnalizację, neuroprzekaźniki w synapsie są degradowane przez enzymy, ponownie wchłaniane przez komórkę presynaptyczną, rozpraszane lub usuwane przez komórki glejowe.

Synapsy elektryczne są obecne w układzie nerwowym zarówno bezkręgowców, jak i kręgowców. Są węższe niż ich chemiczne odpowiedniki i przenoszą jony bezpośrednio między neuronami, umożliwiając szybszą transmisję sygnału. Jednak w przeciwieństwie do synaps chemicznych, synapsy elektryczne nie mogą wzmacniać ani przekształcać sygnałów presynaptycznych. Synapsy elektryczne synchronizują aktywność neuronów, co sprzyja kontrolowaniu szybkich, niezmiennych sygnałów, takich jak ucieczka z niebezpieczeństwa u kałamarnic

Neurony mogą wysyłać sygnały do wielu innych neuronów i odbierać je od nich. Integracja licznych danych wejściowych odbieranych przez komórki postsynaptyczne ostatecznie determinuje ich wzorce wypalania potencjału czynnościowego.