Asetilkolin, sinir hücrelerinde bulunan ve sinir impulslarını bir sinir hücresinden diğerine veya bir sinir hücresinden bir kas veya bez hücresine taşıyan bir nörotransmitterdir.
Bu kimyasal bileşen, sinaptik boşluğa salındığında, sinir hücresi, kas hücresi veya bez hücresi üzerinde bulunan özel reseptörlere bağlanır ve bu hücrelerin bir dizi fonksiyonunu düzenler veya etkiler.
Asetilkolin özellikle parasempatik sinir sistemi tarafından kullanılır, bu da vücudun „dinlen ve sindir“ yanıtını uyarır. Ayrıca, merkezi sinir sistemi içinde hafıza ve öğrenme süreçlerinde önemli bir rol oynar. Asetilkolin eksikliği, Alzheimer hastalığı gibi bazı nörolojik durumlarla ilişkilendirilmiştir.