乙酰胆碱，一种胆碱和乙酸的酯，是中枢和外周神经系统中神经冲动的传递物质。乙酰胆碱是副交感神经系统的主要神经递质，副交感神经系统是自主神经系统(外周神经系统的一个分支)的一部分，负责收缩平滑肌、扩张血管、增加身体分泌物和减慢心率。
乙酰胆碱储存在胆碱能神经元(产生乙酰胆碱的神经元)末端的囊泡中。在周围神经系统中，当神经冲动到达运动神经元的末端时，乙酰胆碱被释放到神经肌肉接点。在那里，它与肌肉纤维突触后膜(或终板膜)的受体分子结合。这种结合改变了膜的通透性，导致通道打开，允许带正电荷的钠离子流入肌细胞(见终板电位)。如果连续的神经冲动以足够高的频率积累，钠离子通道沿终板膜充分激活，导致肌肉细胞收缩。
在自主神经系统中，乙酰胆碱的作用与此类似，从一个神经元的末端排出，与其他细胞突触后膜上的受体结合。它在自主神经系统内的活动影响许多身体系统，包括心血管系统，它作为血管舒张剂，降低心率，减少心肌收缩。在肠胃系统中，它的作用是增加胃的蠕动和消化收缩的幅度。在尿路，它的活动减少了膀胱的容量，增加了自愿排尿压力。它还影响呼吸系统，刺激所有接受副交感神经冲动的腺体分泌。在中枢神经系统中，乙酰胆碱似乎有多种作用。众所周知，它在记忆和学习中起着重要的作用，而阿尔茨海默病患者的大脑中却异常缺乏这种物质。
乙酰胆碱被乙酰胆碱酯酶迅速破坏，因此只能短暂有效。这种酶的抑制剂(称为抗胆碱酯酶的药物)延长了乙酰胆碱的寿命。这类药物包括绒菌胺和新斯的明，它们被用来帮助在某些胃肠道条件下和重症肌无力的肌肉收缩。其他乙酰胆碱酯酶已被用于治疗阿尔茨海默病。
天然产生的乙酰胆碱在1913年由英国化学家阿瑟·詹姆斯·埃文斯在他的同事、生理学家亨利·戴尔爵士的敦促下首次分离出来，亨利·戴尔爵士在1914年描述了这种化学物质的作用。乙酰胆碱的功能意义最早是在1921年由德国生理学家奥托·洛伊提出的。洛伊证明，当迷走神经受到刺激时，乙酰胆碱就会释放出来，从而导致心跳减慢。随后，他和其他人发现，在脊椎动物的横纹肌(随意肌)的运动终板上，这种化学物质也作为一种传递物质被释放出来。随后，在许多神经突触和无脊椎动物系统中，它被鉴定为一种递质。由于Dale和Loewi的工作，乙酰胆碱成为第一个被识别和鉴定的神经递质。由于他们的工作，两人分享了1936年的诺贝尔生理学或医学奖。
