Obecně se má za to, že synapse hraje roli při tvorbě paměti. Jak neurotransmitery aktivují receptory přes synaptickou štěrbinu, spojení mezi oběma neurony je posíleno, když jsou oba neurony aktivní současně, v důsledku signalizačního mechanismu receptoru. Má se za to, že síla dvou propojených nervových drah vede k ukládání informací, což vede k paměti. Tento proces synaptického posílení je znám jako dlouhodobá potenciace.
Změnou uvolňování neurotransmiterů lze v presynaptické buňce regulovat plasticitu synapsí. Postsynaptickou buňku lze regulovat změnou funkce a počtu jejích receptorů. Změny v postsynaptické signalizaci jsou nejčastěji spojovány s dlouhodobou potenciací (LTP) závislou na N-methyl-d-asparagovém receptoru kyseliny (NMDAR) a dlouhodobou depresí (LTD), které jsou nejvíce analyzovanými formami plasticity u excitačních synapsí.