釋放乙酰膽堿(Ach)作為神經遞質的神經元稱為膽堿能神經元，膽堿乙酰化酶(ChAT)和乙酰膽堿酯酶(AchE)在膽堿能神經元的胞體合成，然后被運輸到神經末梢并被釋放。膽堿能神經元員特異的標志物之一是存在ChAT。現有的這種酶的單克隆抗體已能用免疫組織化學方法顯示膽堿能神經元。哺乳動物神經系統的膽堿能神經元可分成四大類。第一類膽堿能神經元完全在外周神經系統內，它們是所有副交感神經節后神經元和某些支配汗腺及特化的血管的交感神經節后神經元。第二類膽堿能神經元的腦體位于脊髓和腦干，而其軸突終止于外周。這一類包括所有支配骨骼運動和內臟運動的神經元，也就是這些胞體位于前面、中間與外側的內臟鏈、舌下神經核、疑核、迷走神經背運動核、面神經核、唾液和泌淚復合體、三叉神經運動核、滑車神經核、動神經復合體和副核的神經元。
另外兩類膽堿能神經元完全位于中樞神經系統。一類是由局部環路神經元(中間神經元)組成，另一類是由投射神經元組成。中間神經元類包括紋狀體內的無棘突的膽堿能神經元，這些神經元的軸突沒有紋狀體外的投射。在視網膜內也有膽堿能中間神經元(無足細胞)。皮層固有的膽堿能神經元也能被歸入局部環路神經元這一類，因為它們看來沒有向皮層外伸展軸突。但是，就這些皮層神經元而言，存在著顯著的種屬差異。
第四類膽堿能神經元也全部分布于中樞神經系統內，該類神經元同前一類神經元不同之處在于它有長軸突投射到腦的其他部位，根據解剖學位置及投射方式，這類神經元可以分成7個主要核群，每群中的膽堿能神經元都同非膽堿能神經元胞體混雜在一起。