Asetilkolin merupakan salah satu jenis neurotransmiter (zat kimia penghantar rangsangan saraf) yang paling umum dikenal. Senyawa neurotransmiter ini dapat ditemukan di dalam sistem saraf organisme vertebrata. Asetilkolin berperan dalam mentransmisikan sinyal atau rangsangan yang diterima untuk diteruskan di antara sel-sel saraf yang berdekatan atau pada sambungan neuromuscular.Senyawa organik dengan rumus molekul CH3COOCH2CH2N+(CH3)3 ini tersebar di seluruh tubuh manusia, terutama banyak terdapat di dalam sistem saraf tepi (otonom) dan senyawa ini dikeluarkan dengan adanya stimulasi saraf. Segera setelah dikeluarkan, asetilkolin akan berdifusi dicelah antar-sinapsis dan menstimulasi saraf-saraf lainnya.
Aktivitas dari neurotransmiter ini dapat dihambat oleh enzim kolinesterase (EC 3.1.1.7).Enzim ini sendiri ditemukan pada tahun 1968 di mana seorang peniliti bernama Walo Leuzinger berhasil memurnikan dan mengkristalkan enzim ini dari belut listrik di Universitas Kolumbia. Penghambatan kerja asetilkolin oleh enzim ini di dalam tubuh manusia berperan dalam menimbulkan penyakit Alzheimer yang terkait dengan kerusakan sel-sel otak, hilangnya ingatan, dan kemampuan berpikir. Penyakit ini dapat dikurangi efeknya dengan menggunakan obat yang mengandung inhibitor kolinesterase. Di samping itu, senyawa asetilkolin juga banyak berperan dalam aktivitas gastoinstestinal.