Нейроны — это узкоспециализированные, электрически возбудимые клетки нервной системы, способные образовывать между собой разветвленные сети для обработки, хранения и передачи информации. Активность нейрональных сетей в мозге регулирует жизнедеятельность организма как на уровне вегетативных процессов (сердцебиение, дыхание), так и на уровне поведения и высших нервных процессов (память, сознание). В мозге человека содержится около 100 миллиардов нейронов.

Типичный нейрон состоит из тела клетки и отростков — дендритов и одного аксона, который соединяется с дендритами других нейронов, образуя синаптический контакт. В синапсе между нейронами происходит обмен специальными сигнальными молекулами (нейромедиаторами). Электрически возбудимые клетки, подобные нейронам, обладают способностью регулировать свой внутренний отрицательный потенциал. Каждый нейрон постоянно получает сигналы от множества других и, когда решает передать сигнал дальше, пускает по аксону потенциал действия: за счет изменения ионного состава меняет трансмембранную разность электрических потенциалов. Когда информация об изменении разности электрического потенциала внутри и снаружи мембраны доходит до конца аксона, происходит высвобождение нейромедиаторов для передачи сигнала следующему нейрону.

Известно, что нейроны образуют распределенные по мозгу сети клеток, которые проявляют синхронную электрическую активность, специфически связанную с определенным поведенческим стимулом. Кроме того, в мозге человека на протяжении жизни образуются новые нейроны (см. «Нейрогенез»), а также постоянно происходит процесс перестройки нервных связей (см. «Нейропластичность»).