İnsandaki sinir sistemi milyarlarca sinir hücresinden oluşan kompleks bir ağdır. Bu sinir hücreleri birbirleriyle ve vücuttaki diğer hücrelerle sinaps adı verilen bölgeler sayesinde iletişim kurarlar. Sinapslar komşu sinir hücrelerinin birbirlerine çok yaklaştıkları fakat tam olarak değmedikleri küçük bölümlerdir. Birbirlerine temas etmedikleri için, sinyaller bir hücreden diğerine direkt olarak geçmez, sinir ileticiler (neurotransmitters) denilen kimyasal aracılarla boşluklardan taşınırlar.
İlk hücreye bir uyarı geldiğinde bu, o hücrenin hücrelerarası boşluğa bazı sinir ileticiler salgılamasına neden olur. Bunun üzerine sinir iletici moleküller bu boşlukta difüzyona uğrarlar, yani daha az yoğun bir ortama doğru geçiş yaparlar ve ikinci hücredeki alıcı protein moleküllerine bağlanırlar. Sinir ileticilerinin ve alıcı moleküllerin çok fazla türü olmasından dolayı, bu sinaps nakil işlemi hızlı (saniyenin binde biri) ya da yavaş (saniyenin yüzde biri) şekilde olabilir. Kimyasallar ikinci hücreyi ya harekete geçirir ya da durdurur. Bu yüzden sinapslar sinir sisteminde bilgiyi değiştirerek ya da işleme koyarak hizmet verirler, bu özelliklerinden dolayı beyindeki sinaps fonksiyonu öğrenme ve hafıza ile bağlantılıdır.
Nöronlar, sinaps denilen bağlantılar yoluyla mesajlar alıp iletirken, bu noktalarda kimyasal sinyal alışverişi yaparlar. Beynimizdeki sinir hücrelerinin yüz trilyon bağlantı noktası vardır. Bu bağlantı noktalarında büyük bir moleküler trafik sürekli devam eder. Bu trafiğin ne zaman durması ya da akması gerektiğini söyleyen, iyon olarak bilinen elektriksel yük taşıyan kimyasallar ve aynı zamanda büyük ve küçük farklı protein çeşitleridir.