一氧化氮具有許多神經遞質的特征。某些神經元含有一氧化氮合成酶，該酶能使精氨酸生成一氧化氮。生成的一氧化氮從一個神經元彌散到另一神經元中，而后作用于鳥苷酸環化酶并提高其活力，從而發揮出生理作用。因此，一氧化氮是一個神經元間信息溝通的傳遞物質，但與一般遞質有區別：
①它不貯存于突觸小泡中；
②它的釋放不依賴于出胞作用，而是通過彌散；
③它不作用于靶細胞膜上的受體蛋白，而是作用于鳥苷酸環化酶。
一氧化氮與突觸活動的可塑性可能有關，因為用一氧化氮合成酶抑制劑后，海馬的第時程增強效應被完全阻斷。此外，組織胺也可能是腦內的神經遞質。