Merkezi sinir sisteminin en basit kısmı, omurilik dediğimiz ve sırtımızdaki omur kemikleri arasında aşağıya doğru uzanan tüp şeklindeki yapıdır. Bu yapı, etraftan gelen bilgilerin merkezi sinir sistemine girdiği ve merkezden gelen emirlerin çevresel sisteme aktarıldığı yerdir. Aynı zamanda, refleks dediğimiz, ani ve istemsiz hareketler de, bu organ tarafından kontrol edilir. Omurilik temel olarak, orta kısmında ince ve boylu boyunca bir kanal; kanalın etrafında, eninde kesildiğinde kelebek gibi görünen bir gri madde; ve bunun etrafında ise beyaz madde kütlesinden oluşan, tüp şeklinde bir yapıdır. Ortadaki kanal, beynin içinde bulunan, ventrikül adı verilen ve besleyici bir sıvı olan beyin omurilik sıvısı (BOS) ile dolu olan boşlukların, omurilik içindeki devamıdır ve aynı sıvıyla doludur. Kanalın etrafında bulunan gri madde, esas olarak sinir hücrelerinin gövde kısımlarını içerir. Buradaki sinir hücreleri, çevresel sinir sisteminden gelen ve merkezden dışarıya gönderilen verileri değerlendirilerek, nereye ve ne şekilde gönderileceklerini belirleyen karmaşık elektriksel devreler oluştururlar.

Bu fonksiyonu anlamak için basit bir örnek verelim: Diyelim ki elimizde bir dondurma var ve bunu ağzımıza götürüp yemek istiyoruz. Bunun için, kolumuzu ağzımıza doğru bükmemiz gerekiyor. Biz bu kararı beynimizde verdikten hemen sonra, beynimizden, kolumuzu bükecek olan pazu kaslarına doğru bir kasılma sinyali gönderilir. Fakat bu sinyal, gelmeden önce, omurilikteki sinir hücrelerine aktarılır. Burada, omurilikte bulunan elektriksel devreler, bu sinyali alarak birkaç iş yaparlar. Öncelikle, pazu kaslarına bir uyarı gönderirler. bu , kolun bükülebilmesi için, açmaya, yani ağızdan uzaklaştırmaya yarayan kaslarının da gevşemesi gerekir. İşte, omurilikteki devreler, pazu kaslarına “kasıl” emrini gönderirken, aynı zamanda, açan kaslara kasılma emri veren omurilik hücrelerine de “dur” emri verirler. Dolayısıyla kolumuz, ağzımıza doğru yaklaştırılmış olur. Refleks dediğimiz ani hareketler de, yine omurilik içindeki benzer devreler aracılığıyla, şuursuz ve hızlı bir biçimde cereyan ederler. Şuursuzdur çünkü, hareket kararı beyinden değil, omurilikten gelir; ve hızlıdır, çünkü, beyine gidip geri dönmeye oranla çok daha kısa bir yol izler. Eğer bu mekanizma omurilikten değil de beyinden yönetilseydi, yanlışlıkla bir sobaya dokunduğumuz zaman, ancak elimiz

kızardıktan sonra elimizi çekebilecektik!

Merkezi sinir sisteminin ikinci kısmı, beyin sapı olarak adlandırdığımız bölümdür. Bu yapı, beyincik ve omurilik soğanı gibi alt birimlerden oluşan ve omuriliğe göre daha karmaşık hücre bağlantıları içeren bir yerdir. Anatomik olarak, omurilikle beyini birbirine bağlayan bir köprü gibidir. Bu bölge, temel hayati fonksiyonların yürütülebilmesi için vazgeçilmez öneme sahiptir. Beyincik kas hareketleri arasındaki uyum ve dengeyi sağlar. Omurilik soğanında ise solunum,sindirim ,dolaşım,salgılama gibi yaşamsal olayların merkezleri vardır. Ayrıca karaciğer de şeker ayarlanması,kusma,çiğneme,hapşırma,öksürme gibi reflekslerin merkezleri de burada bulunur.

Bunun daha üstünde ise, ara beyin denen bölge yer alır. Ara beyin, bildiğimiz o kıvrıntılı beyin yarım kürelerinin iç kısmını dolduran bir çok farklı bölgenin oluşturduğu bir yapılar topluluğudur. Bu bölgeler, öğrenme, hafıza, açlık-susuzluk, vücudun iç dengesinin korunması, vücuttaki hormon sistemlerinin kontrolü, heyecanlar, duygusal tepkiler, duygulara göre vücudun iç ortamının düzenlenmesi gibi çok önemli fonksiyonlar yürütürler. Bu ara beyin bölgelerinin çoğu  sıvı dolu beyin içi boşluklarının (ventriküllerin) etrafını sarmış vaziyette bulunur. Hatta, bu yapılardan bazıları, bu ara beynin etrafında, onu bir halka gibi saran, işlevsel bir birliktelik oluşturmuşlardır. Bu yapıya, özel olarak Limbik sistem (latince: limbus= halka, sınır) adı verilir. İşte bu limbik sistem içinde yer alan hippokampus, amigdala, forniks, mamillar cisim, septum, cingulat kabuk gibi yapılar, heyecansal ve temel zihni fonksiyonları yürütürler. Örneğin sinirlenince kontrolümüzü kaybetmemize sebep olan yapılardan en önemlisi, burada bulunan amigdallerdir; veya, öğrendiğimiz herhangi bir şeyi hafızaya almamızı, buranın bir üyesi olan hippokampus sağlar. Ara beyinde ayrıca, vücuda giden emirlerin düzenlenmesinin yapıldığı ara merkezler de bulunur.

Merkezi sinir sisteminin en üst kontrol noktası ise, işte o beyin dediğimiz zaman aklımıza gelen kıvrıntılı yapıdır. Bu yapının adı beyin kabuğudur (korteks). En üst kısımda bulunur ve orta beynin etrafını sarar. İşlevlerinin henüz çok azını ortaya çıkarabildiğimiz bu bölge, genel olarak, yüksek beyin işlevleri dediğimiz işlevleri yürütür. Bunlar, düşünme, plan yapma, alınan verilerin değerlendirilmesi, eski bilgilerle karşılaştırılması, kişilik özellikleri, ince el becerileri, mantık, matematik, sanat, soyut düşünce gibi, nasıl yapıldıklarına dair elimizde sadece “bilgi kırıntıları” olan işleri yapar. Beyin kabuğunun özelliklerini anlamak için de, yine beyin kabuğunu kullanırız . Kısacası, hakkında düşünmenin bile insana müthiş bir zevk verdiği bir karmaşa, bilinç ve davranış gibi işlevlerimize aracılık ediyor.