Beyninizde yaklaşık 100 milyon kadar nöron denilen sinir hücresi vardır. Nöronlar elektrokimyasal sinyalleri almak ve iletmek gibi yeteneklere sahiptir. Bunlar bilgisayardaki kapılar var kablolar gibidirler. Nöronlar diğer hücrelerle aynı özellikleri paylaşırlar ve diğer hücrelerle aynı parçalara sahiptirler fakat elektrokimyasal yanı onların sinyalleri uzun mesafeler( birkaç metre) boyunca iletmelerini ve mesajları birbirlerine aktarmalarını olanaklı kılar.

Nöronlar 3 basit yapıdan oluşur:

Hücre Gövdesi: Bu ana bölüm çekirdek ( DNA içerir), endoplazmik retikulum, ribozomlar( yapı proteinleri için) ve mitokondri (enerji üretimi) gibi hücrenin tüm gerekli öğelerine sahiptir. Eğer hücre gövdesi ölürse, nöron da ölür.

Akson: Bu uzun kabloya benzeyen hücre, hücrenin uzunluğu boyunca elektrokimyasal mesajları taşır.
Nöronun tipine göre, aksonlarda yalıtılmış elektrik kablosuna benzeyen miyelin kılıf da olabilir. Miyelin yağdan oluşur ve sinir itişlerinin akson boyunca daha hızlı iletilmesine yardımcı olur. Bu miyelinli nöronlar genelde çevresel sinirlerde (duyu ve motor nöronlar) bulunur oysa ki miyelinsiz nöronlar beyinde ve omurilikte bulunur.

Dentritler veya sinir uçları: Hücrenin bu küçük dal benzeri oluşumları hücrenin diğer hücreyle bağlantı kurmasını, onunla konuşmasını ve çevreyi algılamasını sağlar. Dentritler hücrenin bir ucunda veya her iki ucunda da olabilir.

Temel Nöron Çeşitleri: Nöronlar birçok ebatta ortaya çıkabilir. Mesela, parmak ucunuzdaki tek bir duyu nöronunun aksonu kolunuz boyunca uzanabilir lakin beyindeki nöronlar sadece birkaç milimetre uzunluktadır. Nöronlar görevlerine göre farklı şekiller alırlar. Kas küçülmelerini kontrol eden motor nöronların bir uçta hücre gövdesi, uzun bir aksonu ve diğer uçta da dentridleri bulunur. Duyu nöronlarında ise iki uçta da akson ile bağlanan dentridler ve ortada da hücre gövdesi bulunur.
 

Nöronlar aynı zamanda fonksiyonlarına göre değişkenlik gösterir.

*Duyu nöronları vücudun dış bölümlerinden (çevresel) alınan sinyalleri merkezi sinir sistemine taşırlar.

*Motor nöronlar merkezi sinir sisteminden alınan sinyalleri vücudunuzun harici bölümlerine (deri, kaslar, bezler) taşınır.

*Reseptörler çevreyi (kimyasallar, ışık, ses, dokunma) hissederler ve bu bilgiyi duyu nöronlarıyla taşınan elektrokimyasallarla şifrelerler.

*Internöronlar çeşitli nöronları beyin ve omurilik arasında bağlarlar.

Sinirsel patikanın en basit tipi tek sinapslı diz refleksi gibi refleks patikasıdır. Doktor sizin dizinize lastik çekiçle doğru yerden vurduğunda, reseptörler duyu nöronu vasıtasıyla omuriliğe sinyal gönderirler. Duyu nöronu mesajı ayak kaslarını kontrol eden motor nöronuna iletir. İmpulslar motor nöronlar boyunca hareket eder ve uygun ayak kasının küçülmesini tetikler. Cevap ise çabucak aniden çekilen bir kastır ve bu işlem beyini içermez. İnsanlar bunun gibi birçok reflekse sahiptirler fakat görev daha karmaşık hale geldikçe patika yolu daha karışık hale gelir ve beyin devreye girer.

Olası en basit yaratıklar refleks patikalarından başka bir şeyden oluşmayan sinir sistemlerine sahiptirler. Örneğin, solucanlar ve omurgasızlar merkezi bir beyne sahip değildirler. Onlar refleks patikalarında düzenlenen serbest nöronlara sahiptirler. Solucanların tekil nöronların birbirlerine bağlanarak tüm hayvanı saran sinirsel ağları vardır.

Çoğu omurgasızlar ( ıstakoz gibi) belli bir yere sınırlandırılan gangliyon denilen sinirsel hücre gövdeleri topluluklarından oluşan basit beyinleri vardır. Her gangliyon duyu ve motor fonksiyonları refleks patikaları boyunca kendi segmenti içinde kontrol eder ve bu gangliyonlar birbirlerine bağlanarak basit bir sinir sistemini oluşturur. Sinir sistemi evrimleştikçe, gangliyon zincirleri daha merkezi basit beyinlere dönüştü.

Beyinler omurgasızların gangliyonlarından evrimleşti. Hayvan ne olursa olsun, beyin şu bölümlere sahiptir:

Beyin Kökü: Beyin kökü omurilik soğanını (omurilik soğanının üst kısmındaki bölüm), arka beyni, ve orta beyini içerir ( İlkel hayvanlar sadece omurilik soğanına sahiptir). Beyin kökü, refleksleri, kalp atımı, kan basıncı gibi otomatik fonksiyonları, el kol hareketlerini ve sindirim ve idrar gibi iç organlarla ilgili fonksiyonları kontrol eder.

Beyincik: Beyincik pozisyonu ve hareketi belirleyen yarım daire kanallarından gelen bilgileri entegre eder ve bu bilgiyi el kol hareketlerimizi koordine etmek için kullanır.

Hipotalamus ve Hipofiz Bezi: Bunlar iç organlarla ilgili fonksiyonları, vücut sıcaklığını ve açlık, susuzluk, cinsel tepkiler, zevk gibi davranışsal tepkileri kontrol eder.

Beyin( korteks veya beyin korteksi de denebilir): Beyin korteksi, geniş lif bölümleri (corpus collosum) ve bazı derin bölümleri (bazal gangliyon, amigdala, hipokampus) içerir. Tüm duyu organlarından gelen bilgileri birleştirir, motor nöronların hareketini başlatır, duyguları kontrol eder ve hafıza ve düşünce süreçlerine (duygusal ifade biçimleri gelişmiş memelilerde daha yaygındır) hâkimdir.

Balıklardan insanlara doğru ilerledikçe, korteksin büyüdüğünü, tüm beyinin daha fazla oranını kapladığını ve katlandığını görürsünüz. Genişlemiş beyin bilgi işleme, konuşma, düşünce ve hafıza gibi daha gelişmiş fonksiyonları gerçekleştirebilir. Ek olarak, beynin talamus denilen bölümü, beyin kökü ve omurilikten gelen bilgiyi beyine aktarmada yardım etmek için evrimleşmiştir