ნერვული სისტემა ორი ნაწილისგან შედგება: ცენტრალური (თავისა და ზურგის ტვინი) და პერიფერიული (თავისა და ზურგის ტვინის გარეთ მდებარე ნერვები).

მისი ძირითადი ერთეული ნერვული უჯრედი ანუ ნეირონია. ნეირონები შედგება შედარებით დიდი ზომის სხეულისა და ორი სახის მორჩისგან:

• აქსონი – ერთი გრძელი მორჩი, რომელიც აგზავნის ელექტრულ იმპულსებს;

• დენდრიტები – როგორც წესი, რამდენიმე ცალია და პატარა – იღებენ ელექტრულ იმპულსებს.

ნერვები სიგნალებს მხოლოდ ერთი მიმართულებით ატარებენ – ერთი ნეირონის აქსონიდან მეორე ნეირონის დენდრიტისკენ. ნერვული უჯრედების კონტაქტის ადგილებში, რომლებსაც სინაფსები ეწოდება, აქსონი ქიმიური გადამცემების (ნეიროტრანსმიტერების) მცირე რაო-დენობას გამოყოფს. ეს ნივთიერებები ასტიმულირებენ მეორე ნეირონის დენდრიტებზე მოთავსებულ რეცეპტორებს და აღმოცენდება სუსტი ელექტრული დენი. ნერვთა სხვადასხვა ტიპი სხვადასხვა ნეიროტრანსმიტერს გამოიყენებს სინაფსში იმპულსის გადასაცემად.

თავისა და ზურგის ტვინში ასევე არის სპეციალური საყრდენი გლიური უჯრედებიც – ე.წ. ნეიროგლია. მათი რამდენიმე სახე არსებობს, მათ შორის:

• ასტროციტები – ეს უჯრედები საკვები ნივთიერებებით ამარაგებენ ნეირონებს და იცავენ მათ გარშემო არსებული სითხის შემადგენლობის მუდმივობას, რითიც ხელს უწყობენ ნერვული უჯრედების ზრდასა და განვითარებას;

• ოლიგოდენდროტიცები – ეს უჯრედები გამოიმუშავებენ მიელინს, ცხიმოვან ნივთიერებას, რომელიც გარშემო აკრავს ნერვების აქსონებს და აჩქარებს ნერვულ ბოჭკოებში იმპულსის გავრცელებას;

• მიკროგლია – ეს უჯრედები იცავენ თავის ტვინს ინფექციისგან და აშორებენ მკვდარი უჯრედების ნაშთებს.

ნეირონებს შორის კავშირების რაოდენობა მუდმივად იცვლება, იზრდება ან მცირდება. ეს პროცესი ნაწილობრივ ხსნის, თუ როგორ სწავლობენ, გადაამუშავებენ ინფორმაციას ადამიანები, როგორ ხდება დამახსოვრება. თუმცა, თავისა და ზურგის ტვინში ახალი ნეირონები იშვიათად წარმოიქმნება. გამონაკლისია ჰიპოკამპი, ტვინის ის ნაწილი, რომელიც მეხსიერების ფორმირებაშია ჩართული.

ნერვული სისტემა განსაკუთრებულად რთული ქსელია, რომელსაც შეუძლია ძალიან დიდი რაოდენობით ინფორმაცია ერთდროულად მიიღოს და გადაამუშაოს. თუმცა, იგი შეიძლება დაავადებებმა და ტრავმებმა ადვილად დააზიანოს. მაგალითად, ნეირონებმა შესაძლოა განიცადოს დეგენერაცია, რაც იწვევს ალცჰაიმერის, ჰანტინგტონის ან პარკინსონის დაავადებას. ოლიგოდენდროციტებზე შეიძლება ანთება განვითარდეს და შედეგად მივიღოთ მრავლობითი სკლეროზი. ბაქტერიებსა და ვირუსებს შეუძლიათ გამოიწვიონ ინფექცია ზურგის ან თავის ტვინში – ენცეფალიტი, მენინგიტი. ტვინში სისხლის მიმოქცევის მოშლის შედეგად შესაძლოა ინსულტი განვითარდეს. ტრავმები და სიმსივნეები სტრუქტურულად აზიანებენ ნერვულ სისტემას.