氧化氮一直被看成有毒的简单无机分子，即神经毒剂芥子气。它在组织间具有极强的扩散能力，从其生成到发生作用的半衰期只有几秒钟。然而近年的研究表明，当突触后膜上的受体被激活后，钙离子通道门开启，大量钙离子流入突触后细胞内，使胞内钙离子浓度从平时自由钙水平(约50nmol)，迅速上升到0.1μmol-1μmol，在钙-钙调素的作用下，活化氧化氮合成酶，在还原型辅酶Ⅱ(NADPH)的参与下，细胞内的精氨酸转化为瓜氨酸，并释放出氧化氮。生成的氧化氮迅速扩散，其作用靶是突触前的鸟苷酸环化酶(guanyly cyclase，GC)，通过与此酶活性基团上的铁离子结合，使之活化，促使磷酸鸟苷酸环化为第二信使——cGMP。随后cGMP调节蛋白激酶、磷酸二酯酶和离子通道等信息传递的生化机制，，由于氧化氮合成和发挥作用所要求的钙离子浓度不同，决定其在兴奋的突触后细胞内生成，再手，‘散到具有自由钙水平的突触前成分，发生激活GC的生理效应。