La trasmissione sinaptica del sistema nervoso umano maturo è di tipo chimico. Le membrane pre e post-sinaptiche di una sinapsi chimica sono separate da uno spazio chiamato fessura sinaptica o spazio intersinaptico, dieci volte più grande rispetto a quello presente tra le giunzioni comunicanti. La fessura è riempita con proteine fibrose che fanno aderire le due membrane l´una all´altra. La terminazione contiene una dozzina di dodici sferette invaginate nella membrana, chiamate vescicole sinaptiche, che contengono il neurotrasmettitore, ossia la sostanza utilizzata per comunicare con il neurone successivo. Molti terminali assonici contengono anche vescicole di dimensioni maggiori denominate granuli escretori e contenenti proteine solubili. Nelle membrane di entrambe le facce della fessura sinaptica si osservano numerosi accumuli di proteine che, nel loro insieme, sono chiamate specializzazioni di membrana. Nel versante presinaptico le proteine che si proiettano entro il citoplasma del terminale assonico, insieme alla membrana stessa, costituiscono gli effettivi siti di rilascio del neurotrasmettitore e costituiscono le cosidette zone attive. La proteina che attraversa la zona densa della membrana post-sinaptica è detta densità post-sinaptica. La densità post-sinaptica contiene i ricettori per il neurotrasmettitore, i quali convertono il segnale chimico intercellulare in segnale intracellulare nella cellula post-sinaptica. Nel SNC possono essere distini differenti tipi di sinapsi a seconda di quale parte del neurone vada a costituire l´elemento post-sinaptico: sinapsi asso-dendritica, sinapsi asso-assonica, sinapsi asso-somatica. Le sinapsi in cui le specializzazioni di membrana hanno uno spessore simile sono dette simmetriche o sinapsi del II tipo di Gray. Le sinapsi in cui le specializzazioni di membrana sul lato post-sinaptico sono più dense che sul lato pre-sinaptico sono dette asimmetriche o sinapsi del I tipo di Gray. Questa differenze strutturali sono correlate a differenze funzionali: le sinapsi di Gray del I tipo sono eccitatorie, quelle del II tipo sono, in genere, inibitorie. Le giunzioni sinaptiche che si trovano tra gli assoni dei motoneuroni del midollo spinale e dei muscoli scheletrici sono chiamate giunzioni neuromuscolari e normalmente un potenziale d´azione nell´assone di un motoneurone induce sempre un potenziale d´azione nella cellula muscolare che innerva. La trasmissione sinaptica è veloce ed affidabile. Tale affidabilità è dovuta in buona parte alle specializzazioni strutturali della giunzioni pre e post-sinaptiche. La terminazione presinaptica contiene, infatti, un gran numero di zone attive; mentre quella post-sinaptica, chiamata anche placca motrice, contiene una serie di piccole pieghe, dove si raccolgono i recettori per i neurotrasmettitori, che sonoperfettamente allineate con le zone attive. Così esse garantiscono che un grande quantità di molecole di neurotrasmettitori siano rilasciate su una superficie provvista di chemiocettori.
