Hermosolut (neuronit) ovat ”kiihtyviä” soluja, jotka pystyvät muuntamaan erilaisia ärsykkeitä sähköisiksi signaaleiksi ja lähettämään jatkuvasti tietoa ulkoisesta ja sisäisestä ympäristöstä (toimintapotentiaalien muodossa) keskushermostoon (CNS). Keskushermoston interneuronit yhdistävät nämä tiedot ja lähettävät signaaleja ulostulevia (efferenttejä) hermosoluja pitkin kehon eri osiin, jotta ympäristön muutoksiin voidaan reagoida asianmukaisin toimin. Neuroniverkostot on mielivaltaisesti luokiteltu erilaisiin hermojärjestelmiin, jotka keräävät ja välittävät aistitietoa ja ohjaavat muun muassa luustolihasten toimintaa ja autonomista toimintaa. Neuronien väliset yhteydet (synapsit) ovat joko sähköisiä tai kemiallisia. Ensin mainitut mahdollistavat sähkövirran suoran siirron solujen välillä, kun taas jälkimmäiset käyttävät kemiallisia signaalimolekyylejä (neurotransmittereitä) tiedon siirtämiseen solujen välillä. Neurotransmitterit ovat pääasiassa aminohappoja, amiineja tai peptidejä (vaikka jotkin solut käyttävät muitakin molekyylejä, kuten puriineja ja typpioksidia), ja ne voivat olla kiihottavia tai estäviä. Keskushermoston yksittäiset hermosolut voivat saada synaptisia syötteitä tuhansilta muilta hermosoluilta. Kukin neuroni ”integroi” tämän valtavan määrän syötteitä ja reagoi sen mukaisesti (joko pysymällä hiljaa tai laukaisemalla toimintapotentiaaleja muille neuroneille). Erityisesti kemiallisten synapsien toiminnassa ja rakenteessa tapahtuvien mukautusten (synaptinen plastisuus) uskotaan olevan kognitiivisten toimintojen (oppiminen ja muisti) välittävien mekanismien taustalla.