Sebbene le relazioni tra i neuroni – le cellule che compongono il sistema nervoso – siano estremamente complesse, tutte queste cellule condividono una struttura di base comune: sono costituite da un corpo cellulare contenente un nucleo e processi: un assone e uno o più dendriti. I neuroni variano notevolmente nella forma del corpo cellulare e nella lunghezza, numero e grado di ramificazione degli assoni e dei dendriti.
I neuroni si dividono in sensibili (sensoriali), motori e intercalari. Nei neuroni sensoriali, i dendriti sono collegati ai recettori e gli assoni sono collegati ad altri neuroni; nei motoneuroni, i dendriti sono collegati ad altri neuroni e gli assoni sono collegati ad alcuni effettori; Negli interneuroni, sia i dendriti che gli assoni si collegano ad altri neuroni.
Il percorso più semplice lungo il quale può viaggiare un impulso nervoso è costituito da tre neuroni: uno sensoriale, uno intercalare e uno motorio. I tronchi nervosi, o nervi, sono costituiti da un gran numero di assoni e dendriti uniti in una guaina comune di tessuto connettivo.
I corpi cellulari dei neuroni e i loro processi non sono sparsi in modo casuale, ma formano gruppi chiamati gangli se si trovano all'esterno del cervello e del midollo spinale, e centri nervosi se si trovano nel cervello o nel midollo spinale.
L'assone o dendrite è ricoperto, oltre che dalla membrana cellulare, da una o due ulteriori guaine: il neurilemma esterno e la guaina mielinica interna. Il neurilemma è costituito da cellule. La guaina mielinica è costituita da un materiale non cellulare, simile al grasso, che fa apparire bianchi i nervi che ricopre.
La guaina mielinica sembra aumentare la velocità degli impulsi nervosi. Nell'uomo, un impulso nervoso viaggia lungo la fibra mielinica ad una velocità di circa 100 m/sec, e lungo i nervi con una sottile guaina mielinica ad una velocità di 7-15 m/sec.
Il neurilemma sembra svolgere un ruolo nella rigenerazione delle fibre nervose recise. In caso di rottura delle fibre, se le estremità del tronco nervoso vengono collegate, le fibre nervose possono crescere nei tubi neurilemmatici delle fibre degenerate e ripristinare le funzioni perdute.