Přenašeč nervového vzruchu zajišťující přenos mezi cholinergními neurony v centrální nervové soustavě a mezi spoji neuron-svalová buňka. Je syntezován z cholinu a acetyl-KoA a je skladován v intracelulárních synaptických vesiklech. Akční potenciál způsobí vstup vápníku do zakončení cholinergního neuronu. Tím se stimuluje fúze těchto vesiklů s plasmatickou membránou a únik acetylcholinu do synaptické štěrbiny, kde se váže na specifický receptor postsynaptické buňky. Tento receptor je iontovým kanálem pro Na+ v membráně neuronů nebo svalové buňky a vazba acetylcholinu způsobí změnu elektrochemického potenciálu iontů sodíku. Navázání acetylcholinu na jiný typ receptoru může způsobit aktivaci fosfatidylinositolové kaskády.
       Acetylcholin je velmi rychle hydrolyzován enzymem acetylcholinesterasou.