Neuroplastizität oder neuronale Plastizität ist eine Eigenschaft von Synapsen, Nervenzellen oder auch ganzen Hirnarealen, sich in Abhängigkeit von ihrer Verwendung zu verändern. Je nach System spricht man z.B. auch von synaptischer Plastizität oder kortikaler Plastizität. Also ist auch das Gehirn eines Erwachsenen kein starr festgelegtes, fix verdrahtetes Organ, sondern bis ins hohe Alter veränderbar. Neue Erfahrungen und Eindrücke verändern die Architektur des Gehirns, bauen Verbindungen zwischen den Nervenzellen aus und lassen neue entstehen, wobei Brücken zu vorhandenem Wissen geschlagen wenig oder ungenutzte Verbindungen abgeschwächt werden. Ohne neuronale Plastizität wäre Lernen nicht möglich.
Bei der Veränderung der Gehirnstrukturen transportieren Neurotransmitter an der Synapse Signale zu einer anderen Nervenzelle, wo sie ein elektrisches Signal auslösen, das zum Zellkörper wandert und mit anderen Reizen verrechnet wird. Wird dabei ein Schwellenwert überschritten, wird das Signal über das Axon an die nächste Nervenzelle weitergegeben. Steigt die Anzahl der Synapsen und ihre Übertragungsstärke, kann das Hirn Informationen immer differenzierter verarbeiten.
Eine der zentralen Frage der Neurowissenschaften ist: wie können Milliarden Nervenzellen nur durch Austausch kleiner, kurzer, etwa eine tausendstel Sekunde dauernde elektrische Signale all das erzeugen, was Menschen subjektiv als Wahrnehmung, als Aufmerksamkeit, als Lernen oder als Gedächtnis erleben. Ein zentrales Funktionsprinzip des Gehirns besteht vermutlich darin, die effektive Stärke der Verbindungen zwischen Nervenzellen innerhalb von Bruchteilen von Sekunden so zu verändern, dass sich die informationsverarbeitende Funktion eines neuronalen Netzes grundlegend verändert. So können die neuronalen Netzwerke trotz ihrer anatomisch gegebenen und nicht rasch veränderbaren Verbindungen in einem Moment eine bestimmte Funktion lösen und im nächsten Moment, wenn eine andere Funktion erfüllt werden muss, funktionell buchstäblich umverdrahtet werden.