Acetilcolina no cérebro altera a excitabilidade neuronal, influencia a transmissão sináptica, induz plasticidade sináptica e coordena a queima de grupos de neurônios. Como resultado, ela altera o estado das redes neuronais através do cérebro e modifica sua resposta aos inputs internos e externos: o papel clássico de um neuromodulador. Aqui, identificamos ações de sinalização colinérgica nas propriedades celulares e sinápticas dos neurônios em diversas áreas do cérebro e discutimos as conseqüências dessa sinalização sobre comportamentos relacionados ao abuso de drogas, atenção, ingestão de alimentos e efeito. Os diversos efeitos da acetilcolina dependem do local de liberação, subtipos receptores e população neuronal alvo; entretanto, um tema comum é que a acetilcolina potencializa comportamentos que são adaptáveis a estímulos ambientais e diminui as respostas a estímulos em andamento que não requerem ação imediata. A capacidade da acetilcolina de coordenar a resposta das redes neuronais em muitas áreas do cérebro faz da modulação colinérgica um mecanismo essencial subjacente a comportamentos complexos.