神經沖動的終止：當神經沖動到達神經末梢時，乙酰膽堿酯酶會迅速分解乙酰膽堿，使神經沖動無法繼續傳遞，從而終止神經信號的傳導。
神經遞質的調節：乙酰膽堿酯酶可以調節乙酰膽堿在突觸間隙中的濃度，從而影響神經遞質的釋放和作用。
肌肉收縮的調節：在肌肉收縮過程中，乙酰膽堿酯酶可以分解乙酰膽堿，使肌肉松弛，從而調節肌肉的收縮。
毒物解毒：某些化學物質如有機磷農藥和神經性毒氣（如沙林、VX等）可以抑制乙酰膽堿酯酶的活性，導致乙酰膽堿在突觸間隙中積累，引發嚴重的神經系統癥狀。因此，乙酰膽堿酯酶在毒物解毒中具有重要作用。
診斷和治療：通過檢測乙酰膽堿酯酶的活性，可以幫助診斷某些神經系統疾病，如阿爾茨海默病、肌無力癥等。此外，某些藥物如阿托品、新斯的明等可以通過抑制乙酰膽堿酯酶的活性來治療這些疾病。