Nerveceller (neuroner) er “exciterbare” celler, der kan omsætte en række stimuli til elektriske signaler og løbende sende information om det ydre og indre miljø (i form af sekvenser af aktionspotentialer) til centralnervesystemet (CNS). Interneuroner i CNS integrerer disse oplysninger og sender signaler via udgangsneuroner (efferente neuroner) til forskellige dele af kroppen, så der kan iværksættes passende handlinger som reaktion på ændringer i miljøet. Netværk af neuroner er blevet arbitrært inddelt i forskellige nervesystemer, som indsamler og overfører sanseinformation og styrer skeletmusklernes funktion og den autonome funktion osv. Forbindelserne mellem neuroner (synapser) er enten elektriske eller kemiske. Førstnævnte giver mulighed for direkte overførsel af elektrisk strøm mellem cellerne, mens sidstnævnte anvender kemiske signalmolekyler (neurotransmittere) til at overføre information mellem cellerne. Neurotransmittere er hovedsagelig aminosyrer, aminer eller peptider (selv om andre molekyler såsom puriner og nitrogenoxid anvendes af nogle celler) og kan være exciterende eller hæmmende. De enkelte neuroner i CNS kan modtage synaptiske input fra tusindvis af andre neuroner. Derfor “integrerer” hver enkelt neuron denne enorme kompleksitet af input og reagerer i overensstemmelse hermed (enten ved at forblive tavs eller ved at affyre aktionspotentialer til andre neuroner). Tilpasninger i funktionen og strukturen af især kemiske synapser (synaptisk plasticitet) menes at ligge til grund for de mekanismer, der formidler kognitive funktioner (indlæring og hukommelse).