Nervesystemet er opbygget af nogle specialiserede celler der kaldes neuroner. Bundter af neuroner kaldes nerver. Nervesystemet er inddelt i 2 dele: en central del og en perifer del. Det centrale nerve system består af hjernen og rygmarven, som løber nedad fra hjernen i den dorsale del af kroppen. (Ordet ventral referer til den forreste del af kroppen, dorsal referer til bagsiden, anterior, mod hovedet, og posterior, mod halen eller fødderne.) En klump af  neuroner lokaliseret uden for det centrale nervesystem kaldes et ganglion (flertal ganglia).

Det perifere nerve system indeholder nerver der forbinder det centrale nervesystem med resten af kroppen. Elektriske signaler fra det perifere nervesystem bringes til rygmarven og videre derfra til hjernen, hvor de behandles. Hjernen sender så elektriske impulser tilbage igen gennem rygmarven og ud til målcellerne, der kaldes effektorer i kirtler og muskler.

Nervecellen exciteres af neurotransmitterstoffer som frigøres enten fra den præsynaptiske membran fra en anden neuron eller direkte fra en sensorisk receptor. Disse neurotransmitterstoffer depolariserer den postsynaptiske membran til en tærskelværdi, som så fremkalder et aktionspotentiale. Aktionspotentialet er en midlertidig ændring af hvilepotentialet og kaldes en depolarisering. Natriumkanaler åbnes og tillader natrium at strømme ind i cellen. Denne impuls breder sig langs axonet med en hastighed på op til 120 meter pr. sekund. Denne impuls er et alt eller intet respons, idet størrelsen af denne depolarisering altid er den samme i det enkelte axon, lige meget hvor stærk den indledende stimulus har været.  Umiddelbart efter aktionspotentialet lukkes natriumkanalerne og neuronet er ikke i stand til at reagere på stimuli i få millisekunder. Efter denne  refraktær periode, sørger natrium-kalium pumperne for at regenerere hvilepotentialet. 

Nerveimpulsen

En nerve impuls er et elektrisk signal igennem en nervecelle. Og i modsætning til elektrisk overførsel i ledninger er nerveimpulsen  non-decremental. Det betyder at det ikke falder i styrke uanset længden, fordi signalet holdes konstant ved brug af energi fra ATP. Dette elektriske signal, som kaldes et aktions potentiale, består af en ændring i det elektriske potentiale, en strøm over nervecellens membran (neurolemma) og som kun varer i 1-2 millisekunder, men breder sig hen over membranen langs axonet til andre nerveceller eller effektorceller. Målet for nerveimpulsen kan enten være en hormonproducerende kirtel, en neurosekretorisk celle eksempelvis i hypothalamus, eller en muskel.

Spænding er et mål for den forskel i potentiel energi i mellem to punkter, som medfører at elektrisk ladede partikler, som elektroner eller ioner, flytter sig fra det ene punkt til det andet. Spændingsforskellen over cellemembranen i hvile er på ca. -70 mV (hvilepotentialet), og det kan måles ved at indføre en elektrode i nervecellen. Under passagen af en nerveimpuls ændres potentialet fra -70 mV til +40 mV. Efter passagen af impulsen vender membranen hurtigt tilbage til hvile potentialet.

Forskellen på det elektriske potentiale mellem indersiden og ydersiden af membranen fremkommer på grund af en overvægt af negativt ladede makromolekyler (bl.a. proteiner) inde i cellen. Disse makromolekyler er for store til passivt at trænge gennem porerne i cellemembranen. Positivt ladede kalium-ioner flyttes fra ekstracellulærvæsken og ind i cellen, men disse kan ikke fuldstændig neutralisere ladningen på indersiden, da de efterhånden må bevæge sig mod en koncentrationsgradient. Da der er mindre kalium udenfor end indeni cellen, vil kalium begynde at diffundere gennem porer i cellemembranen ud af cellen. Efter et stykke tid stabiliserer det elektriske potentiale af forskellene i koncentrationerne og hvilepotentialet på  -70 mV er nået.

Ekstracellulærvæsken indeholder også natrium-ioner (Na⁺), men disse kan ikke  bevæge sig frit gennem kalium-kanalerne, selvom natrium-ionerne er mindre end kalium-ionerne. Dette skyldes at natrium hydreres med at lag af vand rundt om, og dette forøger den effektive diameter meget. Ligeledes findes der i cellemembranen  ion kanaler, dannet af proteiner i det dobbelte lipidlag, og disse kanaler er meget selektive med hensyn til de ioner de lader passere gennem membranen. En af disse kanaler, natrium-kalium pumpen bruger energi i form af ATP til kontinuerligt at transportere natrium ud af cellen og kalium ind i cellen.

Den typiske nervecelle eller neuron har en cellekrop (karyon), som indeholder cellekernen, og en lang udløber kaldet et axon som fører de elektriske signaler, kaldet impulser  væk fra cellekroppen. Axonet udvider sig i enden og danner mange synaptiske endeknopper, som overfører den elektriske impuls til en anden nervecelle eller en målcelle via et intercellulært rum kaldet synapsekløften. Nerveimpulsen føres over synapsekløften af bestemte kemiske stoffer kaldet neurotransmittere. Disse signalstoffer opbevares i nogle synaptiske vesikler,  som fusionerer med den presynaptisk membran og frigiver transmitterne når nerveimpulsen ankommer til endeknoppen. Neurotransmittere bindes til den postsynaptiske membran  på målcellen, som kan være en kirtel, en muskel eller en anden nervecelle, som skal videreføre det elektriske signal. Når impulsen er videreført nedbrydes de resterende neurotransmittere i den synaptiske kløft af nogle specifikke enzymer.

Rundt på nervekroppen sidder korte, forgrenede udløbere kaldet dendriter, der binder neurotransmitterstoffer frigivet af andre neuroner eller sensoriske  receptorer, celler som er tilknyttet de fem sanser - føle-, syns-, øre-, smags- og lugtesansen.

Axoner hos nogle nerveceller er omgivet af en beskyttende skede af membranmateriale kaldet myelin. Denne myelinskede produceres af nogle støtteceller kaldet Schwannske celler. Myelin giver nervebundter deres hvide udseende. Myelinet findes ikke kontinuert langs axonet, men afbrydes med bestemte intervaller af  Ranvierske knuder, hvor nerven så er umyeliniseret.

Dette er et præparat, der viser en hel muskelfiber (celle) og ikke et gennemskåret præparat. Ved knækket på muskelcellen ses en motorisk endeplade eller en neuro-muskulær junction. Her foregår kommunikationen mellem nervesystemet og musklerne. Det kan sammenlignes med en specialiseret form for synaptisk forbindelse, idet kommunikationen er af kemisk natur. Neurotransmitterstoffet er her  acetylcholine. Man kan tydeligt se axonet fra nervecellen som ender i den motoriske endeplade. Hver skeletmuskelcelle, lige gyldigt hvor lang den er har kun en sådan endeplade.

Når acetylcholine frigives i dette område sker der i muskelcellen (den post-synaptiske celle) en depolarisering af membranen (sarcolemma) og  dermed en ændring i dennes permeabilitet. Dette medfører en ændring i den elektriske spænding over membranen som så spreder sig ud over hele cellens overflade.

Dette medfører så igen at kalcium-ioner frigøres fra myofiberens sarkoplasmatiske retikulum, hvilket resulterer i en kontraktion.