Nervenzellen (Neuronen) sind „erregbare“ Zellen, die eine Vielzahl von Reizen in elektrische Signale umwandeln können und kontinuierlich Informationen über die äußere und innere Umgebung (in Form von Sequenzen von Aktionspotentialen) an das zentrale Nervensystem (ZNS) senden. Die Interneuronen im ZNS integrieren diese Informationen und senden Signale über die Ausgangsneuronen (efferente Neuronen) an verschiedene Körperteile, damit die entsprechenden Maßnahmen als Reaktion auf Umweltveränderungen ergriffen werden können. Netze von Neuronen wurden willkürlich in verschiedene Nervensysteme eingeteilt, die sensorische Informationen sammeln und weiterleiten und die Skelettmuskelfunktion, die autonome Funktion usw. steuern. Die Verbindungsstellen zwischen den Neuronen (Synapsen) sind entweder elektrisch oder chemisch. Erstere ermöglichen die direkte Übertragung von elektrischem Strom zwischen den Zellen, während letztere chemische Signalmoleküle (Neurotransmitter) verwenden, um Informationen zwischen den Zellen zu übertragen. Bei den Neurotransmittern handelt es sich hauptsächlich um Aminosäuren, Amine oder Peptide (obwohl auch andere Moleküle wie Purine und Stickstoffmonoxid von einigen Zellen verwendet werden), die erregend oder hemmend wirken können. Einzelne Neuronen im ZNS können synaptische Eingänge von Tausenden anderer Neuronen erhalten. Daher „integriert“ jedes Neuron diese enorme Komplexität der Eingänge und reagiert entsprechend (indem es entweder still bleibt oder Aktionspotenziale an andere Neuronen abgibt). Es wird angenommen, dass Anpassungen in der Funktion und Struktur insbesondere der chemischen Synapsen (synaptische Plastizität) den Mechanismen zugrunde liegen, die kognitive Funktionen (Lernen und Gedächtnis) vermitteln.