目前，有4种已知的神经传递素。但是，因为已知的神经传递素无法解释大脑所具有的一些功 能，所以至少还应存在另外4种神经传递素。除了大分子的神经传递素或神经肽外，还有3种主要的小分子神经传递素：氨基酸传递素、一 元胺神经传递素和乙酰胆碱。另外，20世纪80年代，研究者发现气体一氧化氮的分子分裂后可以具有神经传递素一样的功能， 这就有了一个新的、第五种气态传递素。
小分子的神经传递素被储存在泡囊中，这些泡囊由突触前膜的一部分或脱离了神经元的终端钮 的一部分构成。它们靠近有着很多钙通道的突触前膜区域。当受到神经脉冲的刺激后，钙通道就会 打开，突触泡囊与突出前膜相融合，通过通道向突触间隙释放神经传递素（这是细胞外分泌）。
小分子神经传递素与邻近神经元的突触后膜的接收器分子相结合，之后会出现以下3种情况的 一种：(1 )分子可能会为一种特殊的化学物质和它的离子打开通道。(2)分子可能会关闭通道，阻止离子进入细胞。(3 )分子可能会促使突触前膜发生一系列化学反应。
当神经传递素与突触后膜细胞结合并与 细胞内的化学物质形成新的分子（这些新形成的分子被称为第二信使）时，上述过程就会发生。小分子神经传递素的生命非常短暂。它们会被突触液体或突触后膜细胞中的酶分解，或者被突 触前节点再次摄取和利用。氨基酸神经传递素氨基酸神经传递素在距离很近的神经元间的突触发生的快速变化中扮演着重要角色。
氨基酸是蛋白质的组成部分之一。氨基酸有天冬氨酸盐、谷氨酸盐、氨基乙酸、伽玛氨 基丁酸4种类型。前3种可以从食物营养中获取，伽玛氨基丁酸可以从谷氨酸盐中合成，这种合成 过程可以引发神经元产生神经脉冲。其他的氨基酸传递素包括20种具有类似大脑中内啡吠（天然 止痛药）作用的大分子缩氨酸。
这些氨基酸传递素有时发挥类似身体中荷尔蒙的作用。一元胺神经传递素一元胺神经传递素由一元胺氨基酸单独产生。一元胺的效果通常比一元胺 酸神经传递素的作用更广泛，它们的化学结构通常也稍稍大一点。在许多神经元细胞体存在的脑干 中，一元胺神经传递素的浓度较高。
神经元尽可能从不同的地点释放出一元胺，一般有多巴胺、肾 上腺素、去甲肾上腺素、5-羟色胺4种主要类型。多巴胺、肾上腺素、去甲肾上腺素都由消化酶酪氨酸产生。由释放多巴胺的神经元产生的酶作 用于酪氨酸产生左旋多巴，而另一些酶从左旋多巴产生多巴胺。
多巴胺参与运动、注意力和学习过 程。缺乏释放多巴胺的神经元会造成帕金森病，导致颤抖、肢体僵化以及平衡问题。这种疾病可以 通过合成左旋多巴治疗，但短暂的药物作用过去之后，帕金森病的症状会重新出现。过量的多巴胺 会造成精神分裂症，在这种状况下，人会无法区分现实与错觉。
多巴胺可以用来产生去甲肾上腺素 与肾上腺素，这两者可以调节机敏性和对威胁做出快速反应的能力。5-羟色胺在睡眠与觉醒、对疼痛的敏感性和控制胃口与心情过程中发挥部分作用。它来自于 化学物质色氨酸，色氨酸本身是从食物中摄取的营养分解的产物。缺乏5-羟色胺会导致精神分裂 行为。
乙酰胆碱乙酰胆碱由从饮食中获取的胆碱产生。这种神经传递素在肌肉细胞、运动神经以及 肌肉连接中的作用非常重要。乙酰胆碱也出现在自主神经系统的突触中，还参与记忆功能。来自同 一家族的另一种化学物质会把乙酰胆碱分解成两种更小的化合物，使突触间隙里的乙酰胆碱丧失活 性。
而分解成的两种化合物会被终端钮摄取，并能被循环利用。神经肽一类重要的大分子神经传递素是神经肽，它由一连串的氨基酸分子组成。1975年神经 肽被确认为是一种神经传递素。神经肽泡囊表面上比小分子泡囊更黑、更大，它们可以存在于终端 钮的任何地方。不仅终端钮功能释放神经肽，突触的一边也可以释放神经肽。
因此神经肽比神经 系统中的神经传递素作用更大。许多神经肽都会像身体一些部位的激素一样发挥作用，这些肽由内分泌腺释放。最近，科学家 在神经组织中发现了各种浓度的肽。这表明由神经元产生的一些肽主要发挥神经传递素的作用。这 种信息也向很多研究者证明了神经肽是一种新的神经传递素而不是荷尔蒙。
肽与胞外分泌肽的胞外分泌由钙离子控制，这种分泌与小分子传递素的胞外分泌不同。神经 细胞会根据细胞中钙离子的水平来慢慢释放肽，钙离子水平的升高是因为通过细胞的神经脉冲速度 升高了。神经细胞释放出的肽比仅在局部发挥作用的小分子神经传递素有着更广泛的影响。
肽通过 细胞外液进入脑室和血流中，黏着在与释放细胞完全不同的神经系统的细胞上，它能在整个大脑中 运行并发现适合的黏着点（从老鼠的大脑中的枕叶到额叶都可以发现肽）。当肽最终黏着在细胞膜 上，它会引起神经元发生缓慢的由第二信使引起的变化（来自细胞膜的肽形成分子）。
与小分子神 经传递素产生的瞬间变化相比，肽引起的神经元变化更持久。