Sünapsid on rakkudevahelised ühendused, mis võimaldavad edastada keemilisi sõnumeid. Sõnumite saatmiseks kasutatavaid kemikaale tuntakse neurotransmitteritena ja üks oluline neurotransmitteri tüüp on atsetüülkoliin. Kolinergiline sünaps on tühimik, kus atsetüülkoliini tootv neuron saadab sõnumeid teistele neuronitele või skeletilihasrakkudele.
Sõnumeid saab kolinergilises sünapsis edastada kahte tüüpi retseptorite kaudu: ionotroopsed ja metabotroopsed. Ionotroopsed retseptorid seovad sünapsi vabanenud atsetüülkoliini ja avavad ioonkanalid vastuvõtva raku membraanis. Sellest tulenev muutus polarisatsioonis põhjustab vastuvõtja tuld või tulistamisest hoidumist, olenevalt sellest, millist tüüpi ioonid vastu võetakse.
Metabotroopsed retseptorid toimivad valkude abil. Pärast seda, kui atsetüülkoliin seob kolinergilise sünapsi retseptori, aktiveeritakse teine valk. See valk, mida nimetatakse teiseks sõnumitoojaks, võib avaldada rakule mitmesuguseid mõjusid. See võib põhjustada ioonikanali avanemist või põhjustada muutusi rakus endas.
Seda tüüpi sünaps on lihaste liikumiseks hädavajalik. Iga neuron, mis saadab lihastele sõnumeid, teeb seda kolinergilise sünapsi kaudu. Vabanev atsetüülkoliin avab lihasrakus ioonikanalid ja paneb selle kokku tõmbuma. Mõned bakteriaalsed toksiinid võivad takistada atsetüülkoliini vabanemist ja neil võivad olla eluohtlikud tagajärjed, takistades lihaste kokkutõmbeid, mis aitavad hingata.
Selleks, et vältida rakkude pidevat aktiveerumist, tuleb see kemikaal pärast kasutamist sünapsist eemaldada. Sünapsis olev retsipientrakk võtab atsetüülkoliini oma rakumembraani sisse. Ensüümid nagu atsetüülkoliinesteraas lagundavad seejärel selle neurotransmitteri. Neuronid toodavad pidevalt atsetüülkoliini, et tagada selle vabanemine vastavalt vajadusele.
Ajus ja kesknärvisüsteemis on ka neuroneid, mis vabastavad atsetüülkoliini. Siin võib kolinergiline sünaps mõjutada mitmesuguseid protsesse. Mälu on üks oluline protsess, milles need sünapsid osalevad. Tundub, et õppimine tugevdab nende sünapside seost, muutes postsünaptilise ehk retsipientraku atsetüülkoliini suhtes tundlikumaks. Arvatakse, et Alzheimeri tõbi põhjustab mäluprobleeme, kahjustades seda neurotransmitterit tootvaid rakke, nõrgendades seeläbi sünaptilisi ühendusi.
Atsetüülkoliini sisaldavad sünapsid aitavad moduleerida teiste neuronite saadetud signaale. Paljud neuronid võivad vastu võtta keemilisi sõnumeid mitmest erinevast sünapsist. Modulaatorina võib atsetüülkoliin takistada rakkude süttimist ja sõnumite edastamist, selle asemel, et soodustada tulistamist. Aktiivsus kolinergilises sünapsis annab sellistel juhtudel sisendi, mis suudab reguleerida teiste rakkude signaale. Inhibeerivad signaalid, mis on nendes sünapsides piisavalt tugevad, alistavad muud ergastavad ülekanded.