Keemilises sünapsis on pre- ja postsünaptiliste rakkude vahel olev ruum, mida kutsutakse sünaptiliseks lõheks, märkimisväärselt suurem kui elektrilise sünapsi korral. Keemilises sünapsis sekreteerib üks neuron neurotransmittereid e virgatsaineid, mis jõuavad läbi sünaptilise lõhe teise neuronini. Virgatsaineid säilitatakse neuronite vesiikulites, kust nad vajadusel väljutatakse eksotsütoosi teel.