Všeobecne sa uznáva, že synapsa zohráva úlohu pri vytváraní pamäte. Keďže neurotransmitery aktivujú receptory cez synaptickú štrbinu, spojenie medzi dvoma neurónmi sa posilňuje, keď sú oba neuróny aktívne súčasne, v dôsledku signalizačných mechanizmov receptora. Predpokladá sa, že sila dvoch prepojených nervových dráh vedie k ukladaniu informácií, čo má za následok vznik pamäte. Tento proces posilňovania synapsií je známy ako dlhodobá potenciácia.
Zmenou uvoľňovania neurotransmiterov možno v presynaptickej bunke riadiť plasticitu synapsií. Postsynaptickú bunku možno regulovať zmenou funkcie a počtu jej receptorov. Zmeny v postsynaptickej signalizácii sa najčastejšie spájajú s dlhodobou potenciáciou (LTP) a dlhodobou depresiou (LTD) závislou od receptora kyseliny N-metyl-d-asparágovej (NMDAR), ktoré sú najčastejšie analyzovanými formami plasticity na excitačných synapsách.