Neirotransmitera atpakaļsaistīšana ļauj neironam absorbēt signalizācijas ķīmisko vielu pēc tam, kad tā ir nosūtījusi ziņojumu, lai to varētu izmantot atkārtoti. Papildus tam, ka smadzenes ļauj pārstrādāt vērtīgas ķīmiskas vielas, tās bremzē signālus, ierobežojot laiku, ko neirotransmiteri pavada sinapsē. Tas var būt svarīgi noteiktu reakciju regulēšanai, ja nervu sistēma nevēlas ilgstošu reakciju uz stimulu. Dažas zāles darbojas, kavējot šo procesu, lai palielinātu signālu ķīmisko vielu cirkulāciju sinapsē.
Ķīmisko signālu nosūtīšanas process starp neironiem sākas ar neirotransmitera atbrīvošanu, kas nonāk telpā starp šūnām, ko sauc par sinapsēm. Ja šūnai, no otras puses, ir pareizie receptori, ķīmiskā viela var bloķēties, lai stimulētu vai kavētu neironu. Neirotransmitera atpakaļsaistībā nesējmolekulas pievienojas izmantotajām ķīmiskajām vielām un nospiež tās atpakaļ terminālī, neirona zonā, kas tās atbrīvo. Šis process notiek ļoti īsā laika periodā, ļaujot neironiem sūtīt ziņojumus, atgūties un atkal pārraidīt ātri.
Neirotransmiteru pārstrāde var palīdzēt smadzenēm ātrāk atgūties starp signāliem, jo tām būs pieejami jauni resursi cita signāla nosūtīšanai. Šo ķīmisko vielu ražošana prasa laiku un enerģiju, un efektivitātes palielināšana palīdz smadzeņu darbībai. Neirotransmitera atpakaļsaistes process arī ierobežo sinapsē pavadīto laiku, tāpēc cilvēki nepiedzīvo ilgstošu atlasīto neironu stimulāciju. Nesējproteīnus var izmantot, lai kontrolētu neirotransmitera signāla ilgumu.
Dopamīns, norepinefrīns un serotonīns ir izplatīti ķīmisko vielu piemēri, kas tiek apstrādāti ar neirotransmitera atpakaļsaisti. Daži ir vairāk pakļauti atpakaļsaistīšanai nekā citi atkarībā no to funkcijas. Starp indivīdiem var būt ievērojamas atšķirības ķīmisko vielu koncentrācijā smadzenēs un laika gaitā ražoto neirotransmiteru skaitā. Procesu var ietekmēt arī diēta, medikamenti un citi vides faktori. Tas var izraisīt ļoti dažādus kognitīvo funkciju un aktivitātes līmeņus.
Cilvēkiem ar noteiktu neiroķīmisko nelīdzsvarotību var rasties neirotransmitera atpakaļsaistīšana pārāk ātri vai samazināta noteiktu ķīmisko vielu ražošana smadzenēs. Viņi var gūt labumu no medikamentiem, kas kavē atpakaļsaistes procesu; Piemērs ir selektīvie serotonīna atpakaļsaistes inhibitori (SSAI). Medikamenti var palīdzēt risināt depresiju, trauksmi un citas garīgās veselības problēmas. Tās jālieto un jāpārtrauc piesardzīgi, jo smadzenēm ir nepieciešams laiks, lai tām pielāgotos un atjaunotos, kad pacienti pārtrauc to lietošanu.