Jednostką strukturalną i funkcjonalną układu nerwowego jest neuron. Jego podstawowym zadaniem jest przyjmowanie, przewodzenie i przekazywanie sygnałów.
Nierównomierne rozmieszczenie jonów po obu stronach błony komórkowej sprawia, iż wnętrze komórki jest bardziej ujemne w stosunku do zewnętrznych powierzchni błony komórkowej. Wynika to z dużego stężenia jonów K+ wewnątrz komórki. Dodatnie jony potasu umożliwiają bowiem w dużym stopniu równoważenie ujemnych jonów organicznych w komórce. Stąd też ich wypływ z komórki zgodnie z gradientem stężeń jest hamowany przez siły elektrostatyczne, mimo zwiększonej przepuszczalności błony komórkowej w stanie spoczynku dla jonów K+. Ponadto poprzez pompy sodowo-potasowe do komórki wprowadzany jest potas, a wyprowadzany sód. Efektem tych procesów jest wytworzenie w poprzek błony spoczynkowego potencjału błonowego. W momencie zadziałania bodźca następuje miejscowa zmiana właściwości elektrycznych błony /depolaryzacja – zmiana potencjału błonowego z ujemnego na dodatni/. Jeśli bodziec będzie dostatecznie duży, spowoduje otwarcie kanałów jonowych, którymi sód wpływa do komórki, natomiast potas wypływa z komórki. Efektem tego jest dalsza depolaryzacja błony komórkowej. Powstaje wówczas potencjał czynnościowy, który przemieszcza się wzdłuż błony komórkowej neuronu jako fala depolaryzacyjna, gdyż depolaryzacja w danym miejscu błony powoduje depolaryzację obszaru sąsiedniego. Przesuwająca się depolaryzacja błony komórkowej stanowi impuls nerwowy. Trwa ona ułamek sekundy. Powrót do stanu wyjściowego, czyli repolaryzacja błony, rozpoczyna się zamknięciem kanałów sodowych. Rozmieszczenie jonów występujące w stanie spoczynku błony zostaje przywrócone przy udziale pompy sodowo–potasowej i kanałów potasowych.
Przewodzenie impulsów elektrycznych we włóknach nerwowych otoczonych osłonkami mielinowymi odbywa się w sposób skokowy, od jednego przewężenia Ranviera do drugiego. Dzięki temu jest znacznie szybsze niż we włóknach nerwowych bezosłonkowych, gdzie bodziec jest przewodzony w sposób ciągły.
Gdy fala depolaryzacyjna dotrze do zakończeń aksonu natrafia na synapsę. W zależności od sposobu przekazania sygnału przez synapsę wyróżnia się synapsy chemiczne i elektryczne.
W synapsach chemicznych sygnał elektryczny zostaje zamieniony w chemiczny. Następuje tu wydzielenie do szczeliny synaptycznej substancji przekaźnikowej /neuroprzekaźnika/, która następnie wiąże się ze swoimi receptorami w błonie postsynaptycznej następnej komórki powodując depolaryzację błony. W synapsach elektrycznych bardzo wąska szczelina synaptyczna umożliwia przeskok impulsu elektrycznego na błonę drugiej komórki. Do neuroprzekaźników należy, np. acetylocholina, kwas glutaminowy, adrenalina, dopamina.