Centrinę nervų sistemą (CNS) sudaro galvos ir nugaros smegenys. Ji atsakinga už informacijos apdorojimą, organizmo funkcijų koordinavimą ir nervinių impulsų perdavimą. Ši sistema perduoda informaciją specializuotomis ląstelėmis, vadinamomis neuronais. Neuronai yra pagrindinės nervų sistemos ląstelės, turinčios ataugas, įskaitant aksonus ir dendritus, kurios leidžia joms perduoti ir priimti signalus.

Didžiąsias smegenis sudaro du pusrutuliai, atsakingi už sąmoningą veiklą, mokymąsi, atmintį, mąstymą, protinę veiklą, visas organizmo funkcijas ir sąlyginių refleksų susidarymą. Pusrutulius jungia didžioji smegenų jungtis, leidžianti keistis informacija. Išorinė dalis – žievė – sudaryta iš pilkosios medžiagos, o po ja yra baltoji medžiaga. Žievė yra raukšlėta, padalinta į skiltis: kaktinę, momeninę, pakaušinę ir smilkininę, kurių kiekviena turi specifines funkcijas. Kaktinė skiltis atsakinga už motoriką, mąstymą, asmenybę ir kalbą (Broca sritis). Momeninė skiltis apdoroja jutiminę informaciją. Pakaušinė skiltis analizuoja regimąją informaciją. Smilkininė skiltis atsakinga už klausą, atmintį ir kalbos suvokimą (Wernicke sritis).

Žmogus turi 12 porų galvos nervų, inervuojančių įvairius organus, pavyzdžiui, akis, veido raumenis, liežuvį, ryklę, gerklas ir vidaus organus. Jie gali būti juntamieji, judinamieji arba mišrieji. Svarbiausi galvos nervai: uoslės (I), regos (II), akies judinamasis (III), skridininis (IV), trišakis (V), atitraukiamasis (VI), veidinis (VII), klausos ir pusiausvyros (VIII), liežuvinis ryklės (IX), klajoklis (X), priedinis (XI), poliežuvinis (XII). Klajoklis nervas yra ilgiausias, inervuojantis daugelį vidaus organų.

Galvos smegenys yra sudėtinga CNS dalis, susidedanti iš kelių pagrindinių dalių: didžiųjų pusrutulių, tarpinių smegenų, vidurinių smegenų, užpakalinių smegenų (tilto ir smegenėlių) ir pailgųjų smegenų. Kiekviena dalis turi specifines funkcijas, kurios kartu užtikrina visapusišką organizmo veiklą. Galvos smegenys yra sudarytos iš dviejų pagrindinių medžiagų tipų: pilkosios ir baltosios. Pilkoji medžiaga, esanti smegenų paviršiuje, vadinama žieve, yra atsakinga už aukštesnes nervines funkcijas. Baltoji medžiaga, esanti giliau, sudaryta iš nervinių skaidulų, kurios perduoda signalus tarp skirtingų žievės sričių ir kitų smegenų dalių.

Nervai yra nervinių skaidulų pluoštai, apgaubti jungiamojo audinio dangalais, perduodantys nervinį impulsą (elektrinį signalą). Jie jungia CNS su audiniais ir organais. Nervai skirstomi į juntamuosius (perduoda impulsus iš jutimo organų į CNS), judinamuosius (perduoda impulsus iš CNS į organus, pvz., raumenis ar liaukas) ir mišriuosius (perduoda impulsus abiem kryptimis). Nervinės skaidulos gali būti mielininės arba nemielininės.

Žmogaus kūne yra 31 pora nugarinių nervų. Kiekvienas nugarinis nervas atsišakoja nuo nugaros smegenų dviem šaknelėmis: užpakaline (juntamųjų neuronų aksonai) ir priekine (judinamųjų neuronų aksonai). Abi šaknelės susijungia, sudarydamos mišrųjį nugarinį nervą. Nugaros smegenyse pilkoji medžiaga yra centre, o baltoji – išorėje. Nugariniai nervai inervuoja odą, raumenis ir vidaus organus.

Pailgosios smegenys yra smegenų kamieno dalis, jungianti nugaros smegenis. Jose yra gyvybiškai svarbūs centrai, reguliuojantys kvėpavimą, širdies susitraukimų dažnį, kraujospūdį, virškinimo sistemos veiklą, taip pat apsauginius refleksus (čiaudėjimą, kosėjimą, vėmimą ir kt.). Taip pat, pailgosiose smegenyse yra branduolių, kurie yra susiję su skonio jutimu ir klausa.

Periferinė nervų sistema (PNS) yra už CNS ribų ir susideda iš nervų, nervinių rezginių ir nervinių mazgų (ganglijų). Ji jungia CNS su audiniais ir organais, perduodama sensorinę ir motorinę informaciją. PNS skirstoma į somatinę ir autonominę nervų sistemas. Somatinė nervų sistema valdo valingus judesius, o autonominė nervų sistema reguliuoja nevalingas funkcijas.

Sąlyginis refleksas yra išmokta reakcija į dirgiklį, atsirandanti pakartotinai derinant neutralų dirgiklį su reikšmingu dirgikliu (pvz., maistu), sukeliant besąlyginį refleksą. Tai sukuria laikinus ryšius smegenų žievėje tarp neutralaus ir reikšmingo dirgiklio centrų. Sąlyginiai refleksai gali būti užgesinami. Klasikinis pavyzdys yra Pavlovo eksperimentas su šunimis, kur seilių išsiskyrimas (besąlyginis refleksas) buvo susietas su skambučio garsu (neutralus dirgiklis).

Smegenėlės, esančios užpakalinėse smegenyse, atsakingos už raumenų darbo koordinavimą, tikslius kūno judesius ir pusiausvyrą. Jos palaiko ryšį su kitomis CNS dalimis, įskaitant galvos smegenų žievę ir nugaros smegenis, reguliuodamos raumenų tonusą ir laikyseną. Smegenėlės gauna informaciją iš pusiausvyros receptorių, esančių vidinėje ausyje, ir raumenų bei sąnarių proprioreceptorių, leidžiančią joms nuolat koreguoti judesius.

Tarpinės smegenys yra svarbi galvos smegenų dalis, per kurią eina visi nerviniai impulsai, prieš pasiekdami smegenų žievę. Tarpinėse smegenyse yra talamas, kuris veikia kaip informacijos filtras. Pagumburis, priklausantis tarpinėms smegenims, turi troškulio, alkio, miego, kūno temperatūros, vandens balanso ir kraujospūdžio reguliavimo centrus. Jis taip pat kontroliuoja hipofizės veiklą, kuri yra pagrindinė endokrininė liauka, ir dalyvauja emocijų bei elgesio reguliavime.