La llegada del potencial de acción a la terminal pre-sináptica, provoca la apertura de los canales de calcio regulados por voltaje. Los iones calcio difunden en el citoplasma generando la liberación de la acetilcolina, un neurotransmisor contenido en las vesículas sinápticas.
Las moléculas de acetilcolina difunden por el espacio sináptico y se unen a receptores de tipo canal de sodio regulado por ligando. La apertura de dichos canales, desencadena el ingreso de sodio a la célula post-sináptica y la consecuente modificación del potencial de membrana: se torna positivo. Si la membrana alcanza el umbral, se producirá en la célula post-sináptica un potencial de acción.