Celele nervoase (neuronii) sunt celule „excitabile” care pot transpune o varietate de stimuli în semnale electrice, trimițând continuu informații despre mediul extern și intern (sub forma unor secvențe de potențiale de acțiune) către sistemul nervos central (SNC). Interneuronele din SNC integrează aceste informații și trimit semnale de-a lungul neuronilor de ieșire (eferenți) către diferite părți ale corpului pentru a întreprinde acțiunile corespunzătoare ca răspuns la schimbările de mediu. Rețelele de neuroni au fost clasificate în mod arbitrar în diferite sisteme nervoase care colectează și transmit informații senzoriale și controlează funcția mușchilor scheletici și funcția autonomă etc. Joncțiunile dintre neuroni (sinapse) sunt fie electrice, fie chimice. Primele permit transferul direct de curent electric între celule, în timp ce cele din urmă utilizează molecule de semnalizare chimică (neurotransmițători) pentru a transfera informații între celule. Neurotransmițătorii sunt în principal aminoacizi, amine sau peptide (deși alte molecule, cum ar fi purinele și oxidul nitric, sunt utilizate de unele celule) și pot fi excitanți sau inhibitori. Neuronii individuali din cadrul SNC pot primi intrări sinaptice de la mii de alți neuroni. Prin urmare, fiecare neuron „integrează” această complexitate vastă de intrări și răspunde în consecință (fie rămânând tăcut, fie declanșând potențiale de acțiune către alți neuroni). Se consideră că adaptările funcției și structurii sinapselor chimice în special (plasticitatea sinaptică) stau la baza mecanismelor care mediază funcțiile cognitive (învățare și memorie).

.