Dette kapitel omhandler det molekylære maskineri, der styrer proteinfosforylering, og den afgørende rolle, som proteinfosforylering spiller i reguleringen af cellulære og neuronale funktioner. Proteinfosforylering er den mest udbredte form for cellulær regulering, der organiserer stort set alle cellulære funktioner, herunder metabolisme, proliferation, differentiering, motilitet og overlevelse. Fra primitive encellede organismer til komplekse flercellede organismer er denne centrale regulerende rolle, som proteinfosforylering spiller, bevaret. Over en tredjedel af alle eukaryote proteiner er fosforylerede, og alle klasser af proteiner reguleres af fosforylering. Proteinfosforylering medfører normalt konformationsændringer og påvirker derved proteinfunktionen. Både ekstra og intracellulære stimuli fremkalder generelt komplekse mønstre af proteinfosforylering for at frembringe deres fysiologiske virkninger. Et generelt skema over de forskellige veje, hvorigennem ekstracellulære signaler regulerer proteinfosforylering og neuronale funktioner, er også illustreret i kapitlet sammen med en diskussion af konsekvenserne af en forkert funktion af fosforyleringsmaskineriet og dets betydning for neurale lidelser.