5-羥色胺（5-HT）能神經元位于腦干中縫核和網狀結構的相鄰細胞翼，廣泛投射至中樞神經系統的每一主要亞結構，其中釋放的5-HT靶向14種不同的受體類型。在背側中縫核（DRN）中5-HT神經元占所有神經元的三分之二，且提供了前腦約70%的5-HT。5-HT能神經元不僅可以釋放5-HT（又稱血清素）作為神經遞質，同時也釋放谷氨酸。三種谷氨酸囊泡轉運體VGluTl，VGluT2以及VGluT3負責轉運谷氨酸到突觸囊泡里，其中的VGluT3在5-HT能神經元中呈高表達。
所有5-HT神經元的特征是生物合成5-HT。5-HT在化學上屬吲哚胺類化合物，由吲哚和乙胺兩部分構成。生物合成是以色氨酸為前體，經過色氨酸羥化酶（TPH）和5-羥色胺酸脫羧酶的作用生成的。色氨酸羥化酶2（TPH2）和芳香族氨基酸脫羧酶（AADC）是直接催化大腦5-HT合成的兩種末端效應物。5-HT神經傳遞需要再攝取和囊泡轉運活動。高親和力5-HT轉運蛋白（SERT，SLC6A4）用于5-HT再攝取，囊泡單胺轉運蛋白2（VMAT2，Slc18a2）用于裝載囊泡。5-HT合成、再攝取和囊泡轉運的共同末端效應物一起構成了一組5-HT途徑蛋白，其激活賦予5-HT型遞質同一性。PET1除了在5-HT神經元出生時控制5-HT途徑基因的誘導外，它還可能直接控制支持5-HT神經元成熟的基因表達軌跡。
5-HT能神經元可參與調控多種功能狀態，如情緒、焦慮、睡眠-覺醒、感覺與運動功能等。5-HT神經遞質的釋放減少被認為是包括焦慮及抑郁癥在內的多種精神疾病的病理生理基礎。現階段臨床運用的抗抑郁藥，比如西酞普蘭，氟伏沙明，其作用機制主要是通過調控5-HT神經遞質系統來發揮作用的。5-HT可通過作用于終紋床核（BNST）神經元的5-HT2C受體（5-HT2CRs）或5-HT1A受體（5-HT1ARs）產生致焦慮或抗焦慮效應。中縫背核中5-HT能神經元對BNST功能的調節主要依賴于興奮性和抑制性5-HT受體的平衡。DRN-BNST通路在焦慮調節中起到了至關重要的作用。DRN的5-HT神經元可密集地投射到大腦中參與獎賞的區域，如外側僵核中腦腹側被蓋區的多巴胺能神經元，并通過不同的5-HT受體亞型調節多巴胺的傳遞。目前認為背側中縫核中的5-HT能神經元有促進覺醒、減少快速動眼睡眠的功能。
已有一些蛋白被鑒定可用作5-羥色胺能神經元的標志物（見表1）
表1 5-羥色胺能神經元標志物
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