当动作电位传导至神经元的轴突末端即突触前膜时，会引发一系列复杂的生化反应。首先，由于动作电位导致的去极化使得电压门控钙离子通道开放，细胞外高浓度的钙离子顺浓度梯度流入细胞内。随着胞浆中钙离子浓度的升高，它与一种名为突触小泡（synaptic vesicle）上的蛋白相结合，触发了突触小泡向突触前膜移动并融合的过程。
这一过程被称为出胞作用或胞吐作用，在此过程中，突触小泡与突触前膜接触、融合，并最终破裂释放其内容物——神经递质到突触间隙中。这些被释放出来的化学物质将扩散穿过狭窄的突触间隙，并与位于突触后膜上的特异性受体结合。这种结合可以引起突触后细胞产生电位变化，进而影响该细胞的功能状态。
简而言之，在动作电位抵达突触前膜之后，通过钙离子介导的机制促进了神经递质从突触小泡中释放到突触间隙内，从而实现信息在两个神经元之间的传递。
