Yapısına ve yerine göre sinir sistemi, beyin ve omurilikten oluşan merkez sinir sistemi ve çevresel sinir sistemine bölünür. Bu ikincisi esas olarak bedenin en ufak noktalarına kadar giden ve dallanan sinirlerden oluşur. Beynin üst kısmından (kafa sinirleri) veya omurilikten (spinal sinirler) çıkarlar. Sinirleri işlevlerine göre de sınıflandırmak olanaklıdır. Bu durumda bilinçli, istemli faaliyeti düzenleyenlerle (istemli sinir sistemi) kişi tarafından düzenlenmeyen istemsiz beden işlevlerini (kalbin, bezlerin, kan damarlarının, akciğerlerin, sindirim organlarının faaliyetleri) düzenleyen sinirler olmak üzere bir ayırım yapmak gerekir. Bu işlevler vejetatif, otonom veya istemsiz sinir sistemi tarafından yapılır.

Sinir sistemi kendilerine ait görevleri yerine getiren sinir hücreleri ve sayıca daha fazla olan yardımcı hücrelerden meydana gelir (gliya hücreleri veya nevrogliya). Yardımcı hücrelerden en çok sayıda bulunanlar astrositlerdir.

Bir taraftan kılcal damarlarla diğer taraftan da sinir hücreleriyle birleşmiş olup birçok süreci içerirler. Bunların görevi sinir hücrelerine besin taşımak ve kan beyin engelinin temelini oluşturmaktır. Bu süzgeç tabakası sayesinde bedenin diğer kısımlarında kolayca kan damarlarından dokulara geçen bazı maddeler, beyin dokusuna daha yavaş ve daha az miktarlarda varırlar. Bunun avantajı herhangi bir toksik maddenin beyni etkileyebilmesi için uzun bir zaman gerekmesidir. Dolayısıyla, beyin tedavisinde yalnız kan-beyin engelini aşabilen ilaçlar kullanılır. Bir sinir hücresinin (nevron) içinde çekirdek bulunan oldukça büyük bir gövdesi ve iki tür uzantısı vardır; bunlar ya dürtüleri hücreye getiren kısa, ağaç şeklinde dallanmış dentritler ya da dürtüleri hücreden götüren uzun, dalsız aksonlardır. Akson bir bez, kas veya başka bir sinir hücresinin dentritinde son bulur. Temas noktasında (sinaps) ilk sinir hücresinin dürtüsü diğerine kimyasal maddelerin salgılanması ile geçilir (neurotransmitter). İnsan aksonlarının uzunluğu, 1.5metreye varabilir; örneğin bir tanesi sinir hücresinden ayaktaki küçük bir kasa kadar uzanır: hücrenin gövdesi omurilikte yer alır aksonu ayağa kadar kesintisiz olarak uzanır. İşlevlerine göre üç tip sinir hücresi vardır. Getirici (afferent) ya da duysal nevronlar, dürtüleri reseptörlerden merkez sinir sistemine götürürler. Götürücü (efferent) ya da motor nevronlar ise dürtüyü ters yönde iletirler. Bunlar merkez sinir sistemini kaslar, bezler ve diğer tepki gösteren dokularla birleştirirler. Bir de akımı bir sinir hücresinden diğerine taşıyan internevronlar vardır. Merkez sinir sisteminde milyarlarca internevron bulunur. Sinir hücrelerinin gövdeleri genellikle merkez sinir sisteminde yer alır, bazen bu sistemin dışında küçük bir grup içinde (gangliyon) bulunurlar.