神经系统有 2 个不同的部分：中枢神经系统（脑和脊髓）和周围神经系统（脑和脊髓外的神经）。

神经系统的基本组成单位是神经细胞（神经元）。神经细胞由一个大的神经胞体和 2 种神经纤维构成：

轴突： 长而纤细的神经纤维，从神经细胞伸出，可以电脉冲形式发送信息到其他神经细胞和肌肉

树突： 接收电脉冲的神经细胞分支

通常，神经在一个方向上传输电脉冲，从一个神经细胞的脉冲发送轴突到下一个神经细胞的脉冲接收树突。在神经细胞的连接点（突触），轴突分泌少量化学信使（神经递质）。神经递质触发下一个神经细胞的树突上的受体产生新的电流。不同类型的神经通过不同的神经递质在突触间传递信号。一些冲动刺激下一个神经细胞，另一些则抑制它。

脑和脊髓还含有一部分支持细胞，称为胶质细胞。这些细胞与神经细胞不同，不会产生电脉冲。有如下几种类型：

星形胶质细胞： 这些细胞为神经细胞提供营养，并控制神经细胞周围液体的化学成分，并保证它们生长。它们可以调节神经细胞周围的神经递质和外部化学环境，从而影响神经细胞发送脉冲的频率，进而调节神经细胞群的活性。

室管膜细胞： 这些细胞沿着脑和脊髓的开放区域形成，以产生和释放脑脊液。脑脊液有助于在脑和脊髓遭受突然的震动和轻微损伤时提供缓冲作用，并帮助清除脑中的废物。

胶质祖细胞： 生成新的星形胶质细胞及少突胶质细胞，替代那些因损伤或疾病而被破坏的细胞。胶质祖细胞遍布成人的脑部。

小胶质细胞： 这些细胞有助于保护大脑免受损伤，并帮助清除死亡细胞的碎片。小胶质细胞可以在神经系统中四处移动，并能在大脑遭受损伤期间增殖以提供保护。

少突胶质细胞： 这些细胞在神经细胞轴突周围形成一层包覆，并构成一种被称为髓鞘的专门膜，其中髓鞘是一种可以隔离神经轴突并加快脉冲沿神经纤维传导的脂肪物质。

施旺细胞也属于胶质细胞。但这些细胞位于周围神经系统而不是脑和脊髓中。这些细胞类似于少突胶质细胞，并使髓鞘隔离周围神经系统中的轴突。

脑和脊髓由灰质和白质构成。

灰质由神经胞体、树突和轴突、胶质细胞及毛细血管（人体最小的血管）构成。

白质包含相对较少的神经元，主要由包裹着许多层髓鞘的轴突和构成髓鞘的少突胶质细胞组成。髓鞘使白质呈白色。（覆盖在轴突周围的髓鞘可加快神经冲动的传导—见神经。）

神经细胞可以增加或减少它们与其他神经细胞之间连接的数量。这或许可以部分解释人类进行学习、适应以及记忆的过程。但脑和脊髓都极少生成新的神经细胞。海马是一个例外，海马是参与记忆形成的脑区。

神经系统是一个极其复杂的通讯系统，它可以同时发出或接收大量的信号。不过，神经系统对疾病以及外伤的抵抗力却很脆弱，例如：

神经细胞可发生退化，导致阿尔茨海默病、亨廷顿氏舞蹈症或帕金森病。

少突胶质细胞（参与神经冲动传导）可能会发炎和丢失（使神经细胞之间通信中断），导致多发性硬化症。

细菌或病毒可感染脑或脊髓，导致脑炎或脑膜炎。

脑部血液供应梗塞可导致中风。

损伤或肿瘤可导致脑或脊髓结构损伤。