L’acétylcholine dans le cerveau modifie l’excitabilité neuronale, influence la transmission synaptique, induit la plasticité synaptique et coordonne le tir de groupes de neurones. Par conséquent, elle change l’état des réseaux neuronaux dans tout le cerveau et modifie leur réponse aux entrées internes et externes : le rôle classique d’un neuromodulateur. Nous identifions ici les actions de la signalisation cholinergique sur les propriétés cellulaires et synaptiques des neurones dans plusieurs zones du cerveau et discutons des conséquences de cette signalisation sur les comportements liés à l’abus de drogues, l’attention, la prise alimentaire et l’affect. Les divers effets de l’acétylcholine dépendent du site de libération, des sous-types de récepteurs et de la population neuronale cible ; cependant, un thème commun est que l’acétylcholine potentialise les comportements qui s’adaptent aux stimuli environnementaux et diminue les réponses aux stimuli en cours qui ne nécessitent pas une action immédiate. La capacité de l’acétylcholine à coordonner la réponse des réseaux neuronaux dans de nombreuses zones du cerveau fait de la modulation cholinergique un mécanisme essentiel qui sous-tend les comportements complexes.