sisteminin işini yürüten hücreler, nöron (=sinir hücresi) denen özel hücrelerdir. Bu hücreler, istisnaları olmak üzere, bir gövde, ağaç gibi (dendritler) ve bir de, bazen dallanabilen ve hücrenin “kararlarını” diğerlerine ileten, uzantı (akson)dan oluşurlar. Nöronlar, görevleri ve bulundukları yerlere göre çok değişik şekil ve kimyasal içerik farkları gösterirler. Hücrenin gövde kısmında bulunan çekirdek, hücrenin temel işlevlerini belirleyen ve DNA molekülü üzerinde kodlanmış halde bulunan bilgiyi içerir. DNA üzerindeki bilgi, hücrenin bulunduğu ortama, ortamdaki değişimlere ve hücrenin iç çevresine bağlı olarak deşifre edilerek, hücre içi olayların meydana gelmesini sağlar. Bu şifre, bir insanın tüm hücrelerinde aynı olmasına rağmen, farklı hücrelerde farklı kısımları kullanılarak, hücrelerin farklı yapı ve işlev sahibi olmasını mümkün kılar. Çekirdekteki DNA molekülünden ihtiyaç anında çıkan bilgi, ribozom ve endoplazmik retikulum dediğimiz hücre içi organcıklarda, hücrenin işlevlerini düzenleyen proteinler haline çevrilir. Bu proteinler de, hücre içi olayları etkileyerek, hücrenin fonksiyonunu etkilerler.

Sinir hücreleri aynı zamanda birbirleri ile ilişki halindedirler. Bu sıkı ilişki, sinirsel işlevin temelini oluşturan bilgi akışını sağlar. Hücreler arası bu bilgi geçiş noktalarına SİNAPS adı veriyoruz. Sinapslar, değişik tip ve özelliklerde olmalarına karşın, hemen bilginin iletimi işlevinden sorumludur. Kısacası, nöronlar kendi aralarında bağlantılar kurarak, elektrik devrelerine benzer yollarla iletişim sağlayıp, beyin fonksiyonlarının ortaya çıkmasını sağlayan ana elemanlardır. Elbette , bu elektriksel devre sistemi, herhangi bir insanın hatta bir sinir bilimcinin edebileceği karmaşıklığın çok çok ötesinde bir karmaşıklığa sahiptir.

olarak, bir sinir hücresi, gövde ve dendrit dediğimiz gövde dalları aracılığıyla veriler “alır”. Bu veriler, hücre içindeki duruma ve gelen tüm verilerin toplam etkisine göre, akson dediğimiz, o tek, uzun ve uzantı vasıtasıyla, diğer bir hücreye aktarılır. Yani, nöron gövdesini ve gövdenin dallarını minik bir santral, aksonu ise, bilgiyi götüren bir telgraf teli gibi düşünebiliriz. Daha sonra, aksonla gönderilen bu bilgi, o aksonun dalları aracılığıyla bir veya binlerce sinir hücresine (veya kas ve salgı bezi hücreleri gibi diğer hücrelere) ulaştırılır ve bu hücreler, yine aynı mekanizma ile bu uyarının gerektirdiği işi yaparlar. Şimdi bu mekanizmayı biraz hayal etmeye çalışın ve ardından, sadece beyin kabuğu dediğimiz kısımda bulunan 4-5 milyar sinir hücresinin, birbirleriyle yapabilecekleri bağlantıların sayısını hesap edin. Sinir sisteminde sadece sinir hücreleri bulunmaz. Bunların yanında, kütle olarak merkezi sinir sisteminin yarısını oluşturan ve sayıca da yaklaşık sinir hücrelerinin on katı kadar sayıda bulunan yardımcı hücreler vardır. Bu hücrelere glia (= glue, yapıştırıcı) hücreleri diyoruz. Çeşitli tipleri olmasına karşılık, işlevleri, sinir hücrelerinin ve sinir sisteminin fonksiyonunu sürdürmesine yardımcı olmaktır. Bunlarsız bir sinir sistemi, hayatta kalamaz. Örneğin Astrosit (yıldızsı hücre) dediğimiz glia hücreleri, sinir hücrelerinin beslenmesine ve kimyasal işlemlerine yardım eder. Oligodendrosit (az uzantılı hücre) denen hücreler de, merkezi sinir sistemi içinde, yan yana ve sıkı bir dizilim içinde seyreden aksonları, yani sinirlerin elektrik kablolarını, birbirlerinden izole eden, miyelin kılıf dediğimiz bir kılıf oluşturur. Bu kılıflar, sinir tellerinin her birinin etrafını sararlar ve onların elektriksel olarak izole edilmesini sağlamanın yanında, elektrik iletkenliğini de artırırlar. Bir başka glia hücresi olan mikroglia (küçük glia), en küçük glia hücrelerindendir fakat, görevi, sinir sistemini yabancı madde ve mikroorganizmalara karşı korumaktır. Bu hücreler, fagositoz (=hücrenin yemesi) yapar, yani, yabancı maddeleri yiyerek yok ederler.