突触前部神经元轴突终末呈球状膨大，轴膜增厚形成突触前膜厚约6至7纳米。在突触前膜部位的胞浆内，含有许多突触小泡以及一些微丝和微管、线粒体和滑面内质网等。突触小泡是突触前部的特征性结构，小泡内含有化学物质，称为神经递质。各种突触内的突触小泡形状和大小颇不一致，是因其所含神经递质不同。各种神经递质在胞体内合成，形成小泡，通过轴突的快速顺向运输到轴突末端。

突触后部多为突触后神经元的胞体膜或树突膜，与突触前膜相对应部分增厚，形成突触后膜。厚为20至50纳米，比突触前膜厚，在后膜具有受体和化学门