La acetilcolina (ACh) ha sido la primera molécula identificada como neurotransmisor. Las áreas colinérgica y colinoceptiva, tanto en el sistema nervioso central como en el periférico, han sido bien documentadas. Se ha descrito que la acetilcolina controla, durante la embriogénesis, la proliferación celular, así como la supervivencia y la diferenciación de neuronas y células gliales. En el adulto, la acetilcolina y sus receptores se distribuyen en muchos tejidos además del sistema nervioso. Más recientemente, se han propuesto nuevas funciones fisiológicas de la ACh en tejidos neuronales y no neuronales, así como su posible implicación en diferentes patologías. Se han descrito niveles alterados de ACh o una expresión y función modificada de los receptores, en áreas seleccionadas del sistema nervioso, en varias enfermedades neurodegenerativas como el Alzheimer, el Parkinson y el Huntington, así como en trastornos psiquiátricos como la esquizofrenia. Las discapacidades cognitivas, conductuales y motoras propias que caracterizan a estas patologías se correlacionan frecuentemente con la disfunción de los circuitos colinérgicos. Además, la implicación de la ACh como modulador de la inflamación, dentro y fuera del sistema nervioso, ha sugerido que sus funciones alteradas podrían representar un mecanismo patogenético adicional que influye negativamente en el resultado de la enfermedad, como se ha sugerido recientemente en la esclerosis múltiple. La presente revisión se centrará en identificar la relación causa/efecto que puede explicar la disfunción colinérgica en varios trastornos del sistema nervioso. Además, se discutirán las posibles novedades terapéuticas, incluyendo los inhibidores de la colinesterasa, los agonistas y antagonistas muscarínicos y la terapia genética.