Tính mềm dẻo phụ thuộc mốc thời gian gai (spike-timing-dependent plasticity, viết tắt STDP) của nơron thể hiện sự chênh lệch về mặt thời gian giữa điện thế hoạt động trước synap và điện thế hoạt động sau synap. STDP là dạng mềm dẻo điển hình của nơron với sự thay đổi về mặt thời gian tính bằng đơn vị ms, của các "gai" (tức xung thần kinh) trước và sau synap sẽ tạo ra những dòng tín hiệu Ca2+ khác nhau vào nội bào sau synap, quyết định tiến trình thần kinh nào sẽ phải diễn ra hoặc là ĐTHDH hay là ỨCHDH. Quá trình ỨCHDH xảy ra khi điện thế hoạt động sau synap "dẫn trước" điện thế hoạt động trước synap trong khoảng thời gian là từ 20 đến 50 ms.[23] Tiến hành thực nghiệm kĩ thuật dính pipette toàn bộ mẫu vật tế bào thần kinh (whole-cell patch clamp) của sinh vật đã chỉ ra rằng xung động điện thế từ nơron trước synap truyền dẫn đến nơron sau synap sẽ trì hoãn sự ức chế của synap.[23] Quá trình điện thế hóa dài hạn được hoạt hóa khi sự giải phóng chất truyền đạt thần kinh xảy ra trước lúc xung động thần kinh truyền ngược trở lại khoảng 5 đến 15 ms. Trong khi đó thì quá trình ức chế hóa dài hạn lại hình thành khi kích thích diễn ra sau 5 đến 15 ms kể từ thời điểm xung động thần kinh đã được lan truyền ngược về sau.[24] "Cửa sổ chuyển đổi" qua lại giữa hai cơ chế mềm dẻo này cũng biến thiên: nếu xung động thần kinh trước và sau synap xảy ra trong khoảng thời gian hơn 15 ms, thì xác suất xảy ra diễn tiến mềm dẻo lại thấp.[25] Và đặc biệt đối với cơ chế ức chế hóa dài hạn thì "cửa sổ này" lại rộng mở hơn so với điện thế hóa dài hạn[26] – mặc dù là phải nhấn mạnh rằng ngưỡng kích thích phụ thuộc vào các hoạt động điện diễn ra trước đó cũng đóng vai trò quan trọng.

Khi kích thích điện thế hoạt động sau synap xảy ra trước kích thích các nơron trước synap, các thụ thể cannabinoid (CB1) tại trước synap và thụ thể NMDA sau synap sẽ được kích thích cùng ngay một thời điểm. Các xung điện hoạt động sau synap sẽ làm giảm đi sự ngăn chặn của ion Mg2+ tại vị trí đặc hiệu trong thụ thể NMDA. Khi điện thế kích thích sau synap diễn ra, bắt đầu sự giải phóng các endocannabinoid (2-AG và anandamide) ngược chiều từ sau synap đến trước synap, gắn vào các thụ thể CB1 làm ức chế sự giải phóng các chất dẫn truyền thần kinh. Tiếp theo các ion Mg2+ trở về vị trí ban đầu của nó, vì thế dòng lưu chuyển của ion Ca2+ vào nội bào giảm đi. Và như vậy hiện tượng khử cực sau synap suy giảm. Các thụ thể CB1 trước synap phát hiện ra các hoạt động sau synap nhờ vào các phân tử truyền tin ngược chiều endocannabinoid.[27]

STDP làm tăng cường và củng cố các tín hiệu thông tin đặc hiệu tại synap một cách có chọn lọc, cùng với đó là làm giảm toàn bộ các tín hiệu nhiễu. Kết quả làm tăng tỷ số tín hiệu trên nhiễu (signal-to-noise ratio) trong mạng lưới thần kinh vỏ não, làm thuận hóa việc nhận diện và truyền tải các tín hiệu mang ý nghĩa thông tin trong quá trình xử lý thông tin ở não người.[28]