Das Lambert-Eaton-Syndrom ist eine Autoimmunerkrankung des peripheren Nervensystems mit großer Ähnlichkeit zur Myasthenia gravis, einer klinisch vergleichbaren, jedoch weitaus häufigeren Erkrankung. Im Rahmen eines Lambert-Eaton-Syndroms ist die Freisetzung von Acetylcholin an cholinergen Synapsen und damit die neuromuskuläre Signalübertragung gestört. Ursache dafür sind Autoantikörper, die präsynaptisch die Dichte von spannungsgesteuerten Calciumkanälen vom Typ P/Q reduzieren, so dass der Einstrom von Calciumionen in die motorische Endplatte vermindert ist. Die Folge ist eine ebenfalls verminderte Freisetzung des Transmitters Acetylcholin an der motorischen Endplatte. Postsynaptisch ist das durch Depolarisation ausgelöste Endplattenpotential zu gering, um ein Aktionspotential an der Muskelfaser zu erzeugen.
Darüber hinaus kann es beim Lambert-Eaton-Syndrom zu autonomen Störungen kommen, da auch an den muskarinergen Synapsen des autonomen Nervensystem die Freisetzung von Acetylcholin beeinträchtigt ist.