星形膠質細胞和神經元之間的代謝相互作用
星形膠質細胞幫助形成大腦的物理結構，并且積極發揮著許多作用，包括神經遞質的分泌或吸收，以及對血腦屏障的維持。三方突觸的概念已經被學者提出，指的是突觸前元件、突觸后元件和神經膠質元件之間在突觸處發生的緊密關系。
結構方面 : 他們參與大腦的物理結構化。 星狀細胞之所以得名是因為它們是“星形”的。 它們是大腦最多的神經膠質細胞，與神經元突觸具有密切關系，負責調節腦內電脈沖的傳輸。
作為糖原儲備：星狀細胞含有糖原，并具有糖質新生的能力。 額葉皮層和海馬中，神經元旁邊的星形膠質細胞儲存并釋放葡萄糖，故而在高葡萄糖消耗率和葡萄糖短缺期間，星形膠質細胞可以為神經元提供葡萄糖。 部分學者對老鼠的研究表明，這種活動與體育鍛煉之間可能存在著一定的聯系。
大腦星形膠質細胞中，MPTP轉化為MPP+的代謝反應
幫助代謝：它們為神經元提供營養，例如乳酸、葡萄糖等。超微結構研究顯示，腦實質內所有的毛細血管都被AS的終足包裹，這一結構提示AS是腦部攝取血液葡萄糖的最初部位。雖然在生理條件下，腦部產生的能量約百分之九十至九十五被神經元所消耗，但是約百分之八十的腦葡萄糖利用正是在AS發生。葡萄糖需要在AS中酵解加工產生乳酸，以乳酸鹽的形式為神經元提供能量。神經元興奮時，可釋放興奮遞質谷氨酸，榖氨酸與Na+通過星形膠質細胞膜受體進入細胞，同時Na+的升高激活Na+-K+-ATP酶，并且在葡萄糖轉運蛋白的協助下，吸收葡萄糖并進行酵解，釋放乳酸鹽。AS具有在有氧條件下代謝葡萄糖生成乳酸的特性，稱為有氧糖酵解。由于神經元自身的糖酵解能力較低，其乳酸主要來自于AS，AS與神經元之間存在著星形膠質細胞-神經元乳酸穿梭 (ANLS) 。
葡萄糖感測器：大腦中的葡萄糖水平檢測也被星形膠質細胞所控制。星形膠質細胞在體外被低葡萄糖激活，后在體內被激活時，會增加胃內空置的空間，從而幫助消化。
血腦屏障：包圍著內皮細胞的星形膠質細胞末端腳被認為有助于維持血腦屏障，但最近的研究表明它們并未發揮實質性作用。取而代之的是，大腦內皮細胞的緊密連接和基板在維持屏障中起著最重要的作用，惟最近發現以功能性磁振造影 (fMRI) 測量后的星形膠質細胞的活動與大腦中的血流有關系。
遞質的攝取和釋放：星形膠質細胞表達質膜轉運體 (plasma membrane transporters ) ，例如谷氨酸、ATP和γ-氨基丁酸等幾種神經遞質的谷氨酸轉運體。 最近的研究顯示，星形膠質細胞會以囊泡、Ca 2 + 依賴性的方式釋放谷氨酸或ATP ( 海馬的星形膠質細胞在此方面存在爭議。)
細胞外離子濃度的調節：星形膠質細胞高密度地表達鉀離子通道。 當神經元活躍時，它們就會釋放鉀離子，從而增加局部細胞外的濃度。 由于星形膠質細胞對鉀具有很高的滲透性，因此它們可以迅速清除細胞外空間中的過量積累物。 。如果該功能受到干擾，從戈德曼方程可知會導致鉀在細胞外的濃度升高，導致神經元去極化。如果細胞外有鉀的異常積累，會導致癲癇的神經元活動。在中樞神經系統中，星形膠質細胞通過L-谷氨酸-天門冬氨酸轉運體 (GLAST) 和榖氨酸轉運體 (GLT-1) 對細胞間隙的谷氨酸進行攝取，維持胞外正常的興奮性神經遞質濃度。持續高濃度的榖氨酸環境可促使小膠質細胞和星形膠質細胞NF-κB激活，誘導致炎基因合成使炎性反應擴大，成為許多神經系統炎性疾病及神經退行性疾病的病理機制。
神經鏈傳導的調節：在下丘腦的視上核中，星形膠質細胞形態的快速變化會影響神經元之間的異突觸傳遞 (heterosynaptic transmission) 。海馬的星形膠質細胞通過釋放ATP，以抑制突觸傳遞，ATP被CD73外核苷酸酶水解成腺苷。 腺苷作用于神經元腺苷受體以抑制突觸傳遞，從而增加了長期增強作用的動態范圍。
血管調節：星形膠質細胞可以作為神經元調節血流的媒介 。
促進寡突膠質細胞髓鞘活動：神經元的電流使它們釋放ATP，這是形成髓鞘的重要刺激。 ATP并不直接作用于寡突膠質細胞，反而它會導致星形膠質細胞分泌白血病抑制因子（LIF），可以促進寡突膠質細胞的髓鞘形成活性，表明星形膠質細胞在大腦中具有協調作用。
修復神經系統：中樞神經系統中的神經細胞受到損傷后，星形膠質細胞會填滿空間，形成神經膠質疤痕上，可能有助于神經修復。 星形膠質細胞在中樞神經系統再生中的作用尚不清楚。 傳統上將神經膠質瘢痕描述為再生的不可滲透的屏障，暗示了軸突再生 (axon regeneration) 的負面作用。 近年部分研究發現，星形膠質細胞是再生所必需的 。更重要的是，他們發現星形膠質瘢痕對于被刺激的軸突 (stimulated axons) 延伸穿過受傷的脊髓來說至關重要。當星形膠質細胞增生發生時，此可能對神經元有毒，釋放出可以殺死神經元的信號。目前尚需更多研究來闡明它們在神經系統損傷中的作用。
長期增強作用：星形膠質細胞是否整合了海馬體的學習和記憶能力引起部分學者的爭論。 近年的研究發現，將人類神經膠質祖細胞移植到新生老鼠的大腦中會導致該細胞分化為星形膠質細胞。 這些細胞在分化后，不僅會增加了長期增強作用，還會改善老鼠的記憶力。
晝夜節律：僅星形膠質細胞就足以驅動老鼠SCN中的分子振動和晝夜節律行為，因此可以自主啟動并維持復雜的哺乳動物行為 。
神經系統的開關：部分學者指出大神經膠質細胞（特別是星形膠質細胞）既是有損的神經遞質容器 (lossy neurotransmitter capacitor) ，又是神經系統的邏輯轉換器 (logical switch) ，故而膠質細胞會根據其膜狀態和刺激水平阻止刺激傳播，抑或使刺激沿著神經系統傳播。