ในเขตส่วนมากในสมอง เซลล์ประสาทโดยมากใช้กลูตาเมตเป็นสารสื่อประสาท และมีฤทธิ์เร้าเซลล์ที่รับสัญญาณ แต่ใน basal ganglia เซลล์ประสาทโดยมากใช้สาร GABA[20] เป็นสารสื่อประสาทและมีฤทธิ์ยับยั้งต่อเซลล์ที่รับสัญญาณ

การเชื่อมต่อจากเปลือกสมองและทาลามัสเข้าไปยัง striatum และ subthalamic nucleus ล้วนแต่ใช้กลูตามีนเป็นสารสื่อประสาท แต่ว่าการเชื่อมต่อออกจาก striatum, pallidum และ substantia nigra pars reticulata ล้วนแต่ใช้ GABA ดังนั้น หลังจากที่มีการเร้าเบื้องต้นขึ้นใน striatum ความเปลี่ยนแปลงภายใน basal ganglia จะมากไปด้วยการยับยั้งและการหยุดยับยั้ง

สารสื่อประสาทอื่น ๆ มีผลเป็นการปรับประสาท (neuromodulation[21]) ที่สำคัญ สารปรับประสาทที่มีการศึกษาวิจัยมากที่สุดก็คือโดพามีน ซึ่งใช้ในการเชื่อมต่อจาก substantia nigra pars compacta ไปยัง striatum และในการเชื่อมต่อที่คล้ายคลึงกันจาก VTA ไปยัง nucleus accumbens. สารปรับประสาท acetylcholine ก็มีบทบาทสำคัญด้วย โดยใช้ในการเชื่อมต่อขาเข้าไปยัง striatum และการเชื่อมต่อระหว่างกันของเซลล์ประสาทใน striatum แม้ว่าเซลล์ประสาทที่ใช้ acetylcholine จะมีเป็นส่วนน้อย แต่ว่า striatum ก็มีเซลล์ที่ใช้ acetylcholine อย่างหนาแน่นที่สุดในบรรดาเขตสมองทั้งหมด