La sinapsis química es el sitio en que células vecinas se comunican entre sí a través de mensajes químicos, los neurotransmisores. A pesar del enorme número de sinapsis químicas que existen en el sistema nervioso y de la amplia variedad estructural que ellas ofrecen, en la organización de este tipo de sinapsis se pueden reconocer los mismos elementos básicos. Hay un elemento presináptico representado por un terminal nervioso, o una varicosidad o por el polo de liberación de mensajes químicos, que se observa en algunos tipos celulares, como algunas células sensoriales. La parte presináptica está separada por un espacio sináptico (20 a 40 nm) de la parte postsináptica, espacio que es atravesado por difusión por el neurotransmisor.

La parte presináptica presenta una organización orientada a una función secretora altamente organizada que permite que el proceso de transferencia de la información represente un evento que dura alrrededor de fracciones de milisegundos (0.3 a varios milisegundos). Ella se caracteriza por la presencia de las vesículas sinápticas que almacenan el neurotransmisor y que se encuentran organizadamente ubicadas, ligadas al citoesqueleto, o en los sitios activos de liberación o involucradas en el proceso de reuso de las vesículas. Por ello, el aspecto y la ubicación de las vesículas ofrece variaciones. También se ubican en la parte presináptica, mitocondrias, elementos del citoesqueleto y estructuras membranosas relacionadas con el manejo de las vesículas en el terminal (endosomas). La composición de la membrana del terminal si que ofrece una mayor complejidad ya que en ella se encuentra diferentes estructuras proteicas que cumplen diversas e indispensables funciones: Canales iónicos (de sodio, potasio, calcio y cloro), bombas iónicas (bomba de Na+-K+; bomba de calcio), autorreceptores y heterorreceptores, componentes de las membranas de las vesículas que quedan incorporados en el membrana del terminal después de la exocitosis, transportadores que permiten la recaptación del neurotransmisor liberado, proteinas que participan en la ubicación, fusión de las vesículas y formación del poro en el membrana presináptica a través del cual se libera el neurotransmisor (sitio activo).

El espacio sináptico es una dependencia del medio interno con el cual esta comunicado. Pero parece existir en él una compleja organización donde hay enzimas que pueden destruir al neurotransmisor, como es el caso de la acetilcolinesterasa en sinapsis colinérgicas y otros componentes cuyo papel se estudia intensamente.