생명체 외부나 내부에서 신호를 받아들이는 세포모임을 감각기라 하고 반응을 일으키는 세포모임을 효과기라 한다.

신호를 전달하는 세포는 뉴런인데, 감각기에서 반응기로 정보가 전달되는 방법에 따라 크게 동물들은 세가지로 구분할 수 있다.

첫째는 말미잘과 같은 간단한 구조의 동물이다. 이들은 감각기에서 효과기로 뉴런을 통해 직접 신호를 전달한다.

두 번째는 오징어와 같이 음식과 배우자를 찾기 위해 보다 활발히 운동을 해야 하는 경우인데 보다 많은 신호를 처리하고자 뉴런들이 밀집된 신경절이 형성하게 된다.

세 번째는 신호를 기억, 정리, 비교, 학습을 하게 되는 고도화된 단계인데 척추동물들이다. 이들은 신경절중 특히 커져서 중앙에 위치하는 것인데 이를 뇌라 하며 척수와 함께 중추신경계를 (Central nervous system,CNS)구성한다. 그리고 감각기와 효과기와 연결된 신경들이 말초신경계(Peripheral nervous systme, PNS)를 이룬다. 

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신경계를 구성하는 세포는 두가지로 뉴런과 글리아세포이다.

뉴런의 구조는 네 부분으로 나뉠 수 있는데 세포체, 수상돌기, 축삭, 축삭말단이며, 각각 독특한 기능을 가지고 있다.

세포체는 세포핵과 세포 소기관들이 있는 뉴런의 중심부분이다. 수상돌기는 세포체에서 뻗어나온 나뭇가지와 같은 돌기들인데 다른 뉴런이나 감각세포에서 오는 정보를 받아들인다. 

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세포체에서 정보는 종합되어 다른 뉴런이나 운동세포에 신호를 전달하게 되는데 축삭이 그 기능을 하게 된다. 축삭단면이 굵을수록 정보전달속도가 빠르며 축삭이 글리아세포로 절연되면서 신호전달속도는 더욱 빨라진다. 축삭주위의 코팅된 부분을 미엘린이라 하는데 전선을 PVC등으로 코팅할 때 안전하고 정확하게 신호가 전달되는것과 같다. 미엘린된 부분 사이에 노출된 결절부분이 있어 뉴런의 전기신호가 결절과 결절로 건너뛰면서 전달되는데 이 때문에 신호전달속도는 매우 빨라진다.

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축삭말단은 축삭에서 여러가닥으로 갈라진 작은 가지모양으로 말단이 부풀어 있다. 이 말단에는 종류가 다른 50여종의 신경전달물질이 있어서 다른 뉴런에게 방출하여 신호를 전달하게 된다. 신경전달물질을 내보내는 세포를 시냅스 전 세포라 하고 방출된 화학신호를 수용체에서 받아들이는 세포를 시냅스 후 세포라 한다. 그리고 뉴런과 뉴런 사이의 전달간격을 시냅스간극이라 한다. 아래 그림에서 보면 전기신호가 도달하면(1) 세포외부에서 이온통로를 통해 칼슘이 내부로 들어오고(2) 시냅스소포에서 아세틸콜린이 방출되어 수용체가 인지를 하게 된다(3). 아세틸콜린은 효소에 의해 아세트산과 콜린으로 분해되고(4) 다시 시냅스전세포로 들어가 재사용된다.

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1천억개나 된다는 뉴런수의 10배 이상 뇌에 많이 있는 것이 글리아세포이다. 글리아세포는 신호를 받거나 전달하지는 못하지만 뉴런의 생존과 기능에 결정적인 역할을 하는 매우 중요한 세포들이다. 글리아세포는 종류와 기능이 다른 여러종류가 있는데 미엘린구조로 알려진 뉴런의 절연기능(저수상세포), 혈관에서 영양소를 받아 뉴런에 영양에게 공급하는 기능(신경교세포), 뇌밖에서 침입하는 이물질과 노폐물을 소화하여 제거하는 기능(소교세포), 혈관과 뇌 사이에 장벽을 만들어 뉴런을 보호하는 기능(신경교세포) 등의 중요한 역할을 한다.

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