Khí NO có thể là một chất truyền tin nội bào; NO có thể khuếch tán ra khỏi tế bào vào một tế bào thần kinh thứ hai và tạo ra đáp ứng sinh lý (ví dụ điện thế hoạt động kéo dài [tăng cường đáp ứng trước và sau sy náp - một hình thức học tập]) hoặc tăng cường độc tính thần kinh của glutamate (NMDA-receptor-mediated) (VD: trong bệnh Parkinson, đột quỵ hoặc bệnh Alzheimer).