아세틸콜린(Acetylcholine)은 신경전달물질로, 주로 중추신경계와 말초신경계에서 중요한 역할을 한다. 화학식은 C7H16N1O2이며, 콜린이라는 물질에 아세틸기가 결합하여 형성된다. 아세틸콜린은 신경 세포의 축삭 끝에서 방출되어 다른 신경 세포나 근육 세포의 수용체에 결합함으로써 신호를 전달한다.

아세틸콜린은 두 가지 주요 종류의 수용체에 작용한다. 하나는 니코틴 수용체(Nicotinic receptors)로, 이 수용체는 주로 신경과 근육의 접합부에서 찾아볼 수 있으며, 급속한 신호 전달을 담당한다. 다른 하나는 무스카린 수용체(Muscarinic receptors)로, 이 수용체는 주로 자율신경계에서 작용하고, 보다 느리고 복잡한 반응을 유도한다.

아세틸콜린의 기능은 신경 자극 전도를 포함해 근육 수축, 기억 및 학습, 기분 조절 등 다양하다. 특히 중추신경계 내에서 학습과 기억 형성에 중요한 역할을 하며, 알츠하이머병과 같은 신경퇴행성 질환에서 아세틸콜린 수치가 감소하는 경향이 있어 그 중요성이 더욱 강조된다.

신경전달은 이를 분해하는 효소인 아세틸콜린에스터라제(Acetylcholinesterase)에 의해 조절되며, 아세틸콜린이 수용체에 결합한 후 빠르게 분해되어 신호 전달이 종료된다. 이와 같은 과정은 신경계의 정확한 기능을 유지하는 데 필수적이다.