Este capítulo discute a maquinaria molecular que dirige a fosforilação proteica e o papel crucial da fosforilação proteica na regulação das funções celulares e neuronais. A fosforilação proteica é a forma mais abundante de regulação celular que organiza essencialmente todas as funções celulares, incluindo metabolismo, proliferação, diferenciação, motilidade e sobrevivência. De organismos primitivos monocelulares a organismos multicelulares complexos, este papel regulador central da fosforilação proteica é conservado. Mais de um terço de todas as proteínas eucarióticas são fosforiladas e cada classe de proteína é regulada pela fosforilação. A fosforilação proteica geralmente induz mudanças conformacionais, afetando, assim, a função proteica. Tanto os estímulos extra como intracelulares geralmente provocam padrões complexos de fosforilação protéica para produzir seus efeitos fisiológicos. Um esquema geral das diversas vias através das quais os sinais extracelulares regulam a fosforilação proteica e as funções neuronais também é ilustrado no capítulo, juntamente com a discussão das consequências do mau funcionamento dos mecanismos de fosforilação e sua implicação em distúrbios neurais.