A maior parte das terminações nervosas chamadas de simpáticas pós-ganglionares usa a Norepinefrina como transmissor. Esta é armazenada em vesículas granulosas no botão sináptico, que variam em tamanho de 40 a 75nm. As principais catecolaminas são formadas pela hidroxilação e decarboxilação dos aminoácidos fenilalanina e tirosina.
A enzima fenilalanina hidroxilase, que converte a fenilalanina em norepinefrina é encontrada primariamente no fígado. Há uma longa trajetória entre a enzima fenilalanina hidroxilase e a Norepinefrina. Inicialmente ela cataboliza a reação fenilalanina para tirosina, que é transportada para neurônios e hidroxilada e decarboxilada para formação de dopamina. A dopamina entra nas vesículas onde é convertida para norepinefrina pela dopamina-b-hidroxilase. L-dopa é o isômero mais ativo, mas a Norepinefrina é formada na configuração D.
O fator limitante na conversão de dopamina em Norepinefrina é a conversão de tirosina em dopa. A tirosina hidroxilase está sujeita ao feedback inibitório da dopamina e norepinefrina. Nas vesículas granulosas a Norepinefrina e Epinefrina estão ligadas a ATP e associadas a proteínas denominadas cromograninas. A função destas proteínas ainda não está totalmente clara.
As Catecolaminas são liberadas das vesículas por exocitose, junto com ATP, dopamina-b-hidroxilase e cromograninas. Um mecanismo ativo de recaptação de Norepinefrina é encontrado nos neurônios adrenérgicos.