神経系で最も複雑な作用は、ニューロンを通して伝達されるメッセージによって異なります。 こうした支持細胞、神経膠と共に、ニューロンはすべての神経系組織を構成します。 電気的シグナルとして伝導し、素早くメッセージを受けて伝達します。 ニューロンは、神経伝達物質を放出します。この化学物質が、次のニューロンまたは体細胞にメッセージを飛ばします。 脊髄にある特殊なニューロンは、脳へ出入りするメッセージの伝達速度を加速する神経路を形成します。 これらの"生きた導線"細胞について詳細を読む。
神経系、脳、脊髄、末梢神経および神経節の構造体は、神経組織から作られます。 細胞レベルでみると、この組織は、ニューロンと神経膠から構成されています。 ニューロンは、メッセージの運び屋です。 ニューロンは、感覚シグナルと運動指令を伝達します。 神経膠は、神経組織を支配し取り囲むニューロンと他の構造をサポートします。 星状細胞は、脳で最も一般的な神経膠で、毛細管を囲み血流とニューロンの間に障壁を維持し、その障壁を通り抜ける物質を能動的に制御します。 小膠細胞、上衣細胞と希突起膠細胞を含む他の神経膠は、ニューロン・ホメオスタシスの維持、病原体の除去、脳脊髄液の循環並びにニューロンの保護の役割を果たし、それに関連するシグナリング速度に影響を及ぼします。
典型的なニューロンは、樹状突起と呼ばれる多くの枝がある細胞体から構成されます。 樹状突起が受け取るシグナルが細胞体の電荷に影響を及ぼし、活動電位が決定されます。 細胞体が十分に脱分極すると、軸索丘領域は尾状の軸索を下行する活動電位を惹起します。 大部分の軸索は短いですが、人によっては約90センチ（3フィート）の長さになることがあります。 ミエリン鞘は軸索を保護し、伝導率またはシグナルの速度を上昇させます。 電気シグナルは、軸索終末まで勢いよく進みます。 次に、ターミナルの分枝が神経伝達物質を放出し、その標的（他のニューロン、腺、器官）に対して興奮性または抑制性の影響を及ぼします。
脊髄の長い円柱は、大部分が脳への入出力シグナルを伝達するために、上下に伸びる軸索の束から構成されます。 脊髄の横断面をみると、軸索経路は、ニューロン細胞体の"灰白質"を囲む"白質"（ミエリン鞘のため軸索が白く見えます）として見えます。 白質は、脊髄の両側で3つの柱（索）、 後柱（背面）、前柱（腹部）および側柱を形成します。 異なった神経路が、こうした3つの柱を通過します。 それぞれの経路は軸索からなり、同方向に類似のタイプのシグナルを運びます。 上行路は、感覚入力を上行性に脳へと伝達します。 下行路は、運動指令を下行性に身体へと送信します。
電気的シグナルがニューロンの軸索終末に到達すると、神経伝達物質と呼ばれる特別な化学物質の放出が刺激されます。 神経伝達物質はシナプスを横切って他のニューロンまたは標的細胞に到達し、シグナルと応答を刺激または抑制します。 アセチルコリン、エピネフリンとノルエピネフリンおよびセロトニンは、最も一般的な神経伝達物質の一つです。 一部の神経伝達物質は、神経系の特定の部分により顕著に存在します。それというのも、そうした特定の部分は、脳内で、あるいはニューロンと筋肉組織または他のタイプの組織との間でメッセージを運ぶことに特化しているからです。 こうした化学物質は、身体の動きと身体の内部機能を調節する神経系の鍵になります。
