Erreicht ein Aktionspotential ein synaptisches Endknöpfen, dann öffnen sich durch die Spannungsänderung die Calciumkanäle und Ca⁺Ionen strömen ins synaptische Endknöpfen ein. Infolgedessen werden die mit Neurotransmitter gefüllten Vesikel in Richtung des synaptischen Spalts gedrückt. Dort verschmelzen die Vesikel mit der präsynaptischen Membran und geben die Neurotransmitter in den synaptischen Spalt frei. Diese wandern durch den synaptischen Spalt und binden an die Rezeptoren der postsynaptischen Membran an.
Rezeptoren und Ionenkanäle sind miteinander so verbunden, das sich die Ionenkanäle öffnen wenn ein Rezeptor von einem Neurotransmitter belegt wird. So kommt es zu einem Einstrom von Na⁺ Ionen in die postsynaptische Membran. Dies widerum sorgt für eine positive Depolarisation im Dendriten und damit zu einer Weiterleitung der elektrischen Erregung im Folgeneuron. Wird der Schwellenwert am Axonhügel überschritten kommt es zu einem weiteren Aktionspotential und der Vorgang wiederholt sich.
Währendessen sorgen bestimmte Enzyme für den Abbau der freigesetzten Neurotransmitter im synaptischen Spalt. Die gespaltenen Neurotransmitter diffundieren wieder zurück in die Endknöpfchen und werden von der Zelle "recycelt". Je länger der Abbau der freigesetzten Neurotransmitter dauert, desto länger dauert auch die weitergegebene Erregung an. Deshalb ist der Abbau der Neurotransmitter durch die Enzyme so wichtig, andernfalls würde die Erregung dauerhaft anhalten und der Körper verkrampfen.
Man kann also festhalten: Aus einer elektrischen Erregung wird im synaptischen Spalt ein chemisches Signal (Neurotransmitter), das im Folgedendrit wieder für eine elektrische Erregung sorgt.

Die Abbildung oben zeigt beispielhaft die Erregungsübertragung von zwei Nervenzellen. Im Falle das eine Nervenzelle an eine Muskelzelle grenzt, existiert statt einer postsynaptischen Membran eine sog. motorische Endplatte (Abbildung rechts; T = synaptisches Endknöpfchen, M = Muskelfaser). Der entsprechende Neurotransmitter für derartige Vorgänge zwischen Nerven- und Muskelzellen heißt Acetylcholin. Das 'finale' Aktionspotential lößt dann keine Weiterleitung des Reizes mehr aus, sondern eine Muskelkontraktion.