La acetilcolina en el cerebro altera la excitabilidad neuronal, influye en la transmisión sináptica, induce la plasticidad sináptica y coordina el disparo de grupos de neuronas. Como resultado, cambia el estado de las redes neuronales en todo el cerebro y modifica su respuesta a las entradas internas y externas: el papel clásico de un neuromodulador. Aquí identificamos las acciones de la señalización colinérgica sobre las propiedades celulares y sinápticas de las neuronas en varias áreas cerebrales y discutimos las consecuencias de esta señalización sobre los comportamientos relacionados con el abuso de drogas, la atención, la ingesta de alimentos y el afecto. Los diversos efectos de la acetilcolina dependen del lugar de liberación, de los subtipos de receptores y de la población neuronal diana; sin embargo, un tema común es que la acetilcolina potencia los comportamientos que son adaptativos a los estímulos ambientales y disminuye las respuestas a los estímulos en curso que no requieren una acción inmediata. La capacidad de la acetilcolina para coordinar la respuesta de las redes neuronales en muchas áreas del cerebro hace que la modulación colinérgica sea un mecanismo esencial que subyace a los comportamientos complejos.