Las sinapsis colinérgicas consisten en procesos neuroquímicos que usan moléculas de acetilcolina como neurotransmisor.
Algunas de las moléculas de acetilcolina que son liberadas se unen a sus neurorreceptores específicos que están incrustados en la membrana de la neurona postsináptica, estos receptores son canales iónicos químicamente regulados, cuya respuesta primaria es una alta permeabilidad al Na+, desencadenando una despolarización que dura aproximadamente 20 mseg y cuyo potencial es graduado, es decir, a mayor cantidad de acetilcolina liberada en la membrana presináptica, mayor es la despolarización.
Los más comunes son los llamados nicotínicos (asociados a canales iónicos), cuyo nombre se debe a que pueden ser estimulados con la nicotina, que es activa sobre las sinapsis ganglionares y sobre la placa motora del músculo esquelético.
Al unirse, estas 5 subunidades forman un neurorreceptor, es decir, un canal iónico en la bicapa lipídica que proporciona un medio acuoso para permitir el paso de iones.
Por endocitosis, la colina es activamente reabsorbida por el botón sináptico de la neurona presináptica y se vuelve a usar para sintetizar más neurotransmisores utilizando acetato proporcionado por la coenzima A y energía de la mitocondria.