Fließen Calciumionen nun durch die eben beschriebenen offenen Kanäle ein, werden sie von spezifischen calciumbindenden Proteinen, dem Calmodulin, gebunden, das Phosphatgruppen auf andere Proteine überträgt, welche ihrerseits die Vesikel dazu bewegen, mit der Membran zu verschmelzen und somit ihren Inhalt in den synaptischen Spalt auszuschütten. Befinden sich die Neurotransmitter einmal im synaptischen Spalt, binden sie sich innerhalb von Millisekunden an ihren spezifischen Rezeptor. Welche Aktivität dann in der postsynaptischen Membran und somit im Dendriten des Folgeneurons ausgelöst wird, hängt hauptsächlich von der Beschaffenheit des jeweiligen Rezeptors ab.