Zenuwcellen (neuronen) zijn “prikkelbare” cellen die een verscheidenheid van prikkels kunnen omzetten in elektrische signalen, waarbij zij voortdurend informatie over de externe en interne omgeving (in de vorm van reeksen actiepotentialen) naar het centrale zenuwstelsel (CZS) zenden. Interneuronen in het CZS integreren deze informatie en zenden signalen langs uitgangsneuronen (efferente neuronen) naar verschillende delen van het lichaam om de juiste acties te ondernemen als reactie op veranderingen in de omgeving. Netwerken van neuronen zijn willekeurig ingedeeld in verschillende zenuwstelsels die zintuiglijke informatie verzamelen en doorgeven en de werking van de skeletspieren en de autonome functies regelen, enz. De verbindingen tussen de neuronen (synapsen) zijn ofwel elektrisch, ofwel chemisch. De eerste maken de directe overdracht van elektrische stroom tussen cellen mogelijk, terwijl de tweede gebruik maken van chemische signaalmoleculen (neurotransmitters) om informatie tussen cellen over te dragen. Neurotransmitters zijn hoofdzakelijk aminozuren, aminen of peptiden (hoewel andere moleculen zoals purines en stikstofmonoxide door sommige cellen worden gebruikt), en kunnen excitatoir of inhibitoir zijn. Afzonderlijke neuronen in het CZS kunnen synaptische inputs ontvangen van duizenden andere neuronen. Daarom “integreert” elk neuron deze enorme complexiteit van inputs en reageert dienovereenkomstig (hetzij door stil te blijven, hetzij door actiepotentialen naar andere neuronen af te vuren). Aanpassingen in de functie en de structuur van met name chemische synapsen (synaptische plasticiteit) zouden ten grondslag liggen aan de mechanismen die cognitieve functies (leren en geheugen) mediëren.