ระบบประสาทของสัตว์ มีหน้าที่ในการออกคำสั่งการทำงานของกล้ามเนื้อ ควบคุมการทำงานของอวัยวะต่างๆ ในร่างกาย และประมวลข้อมูลที่รับมาจากประสาทสัมผัสต่างๆ และสร้างคำสั่งต่าง ๆ (action) ให้อวัยวะต่าง ๆ ทำงาน (ดูเพิ่มเติมที่ ระบบประสาทกลาง)
ระบบประสาทของสัตว์ที่มีสมองจะมีความคิดและอารมณ์ ระบบประสาทจึงเป็นส่วนของร่างกายที่ทำให้สัตว์มีการเคลื่อนไหว (ยกเว้นสัตว์ชั้นต่ำที่ไม่สามารถเคลื่อนไหวได้เช่น ฟองน้ำ) สารเคมที่มีฤทธิ์ต่อระบบประสาทหรือเส้นประสาท (nerve) เรียกว่า สารที่มีพิษต่อระบบประสาท (neurotoxin) ซึ่งมักจะมีผลทำให้เป็นอัมพาต หรือตายได้

ลักษณะทางกายวิภาค
ระบบประสาทของสัตว์มีกระดูกสันหลังสามารถแบ่งได้เป็นสองส่วน คือ ระบบประสาทกลาง (central nervous system - CNS) และ ระบบประสาทนอกส่วนกลาง (peripheral nervous system - PNS) ระบบประสาทกลางประกอบด้วยสมองและไขสันหลัง ระบบประสาทนอกส่วนกลางประกอบด้วยเส้นประสาทและนิวรอนที่ไม่ได้อยู่ในระบบประสาทกลาง โดยทั่วไปเรียกส่วนหลักของระบบประสาทนอกส่วนกลางว่า เส้นประสาท (ซึ่งจริง ๆ แล้วเป็น แกนประสาท หรือ แอกซอน (axon) ของเซลล์ประสาท) ระบบประสาทนอกส่วนกลางยังสามารถแบ่งออกเป็นระบบประสาทโซมาติก (somatic nervous system) และระบบประสาทอิสระ (autonomic nervous system)
ระบบประสาทโซมาติก มีหน้าที่ควบคุมการเคลื่อนไหวของร่างกายและรับสิ่งเร้า (stimulus) ต่าง ๆ จากภายนอกร่างกาย ระบบประสาทอิสระเป็นส่วนที่ไม่สามารถสั่งงานได้และมีหน้าที่ควบคุมอวัยวะภายในต่าง ๆ ในร่างกาย เช่น หัวใจ, ปอด เป็นต้น
ระบบประสาทอิสระ ยังสามารถแบ่งออกเป็น ระบบประสาทซิมพาเทติก และระบบประสาทพาราซิมพาเทติก ระบบประสาทซิมพาเทติกจะตอบสนองต่อสิ่งเร้าที่เป็นอันตรายหรือสถานการณ์ที่ตึงเครียด ระบบประสาทอันนี้ทำให้หัวใจเต้นเร็วขึ้นและเพิ่มความดันเลือด และเปลี่ยนแปลงสรีรวิทยาของระบบต่าง ๆ ของร่างกาย และทำให้เกิดความรู้สึกตื่นเต้น ระบบประสาทพาราซิมพาเทติกจะทำงานตรงกันข้ามกับระบบประสาทซิมพาเทติก กล่าวคือ ระบบประสาทพาราซิมพาเทติกจะทำงานเมื่อร่างกายรู้สึกผ่อนคลายหรือกำลังพัก มีผลทำให้รูม่านตาหดตัว, หัวใจเต้นช้าลง, เส้นเลือดขยายตัว และกระตุ้นให้ระบบย่อยอาหาร, ระบบสืบพันธุ์ และระบบขับถ่ายทำงานอีกด้วย

ระบบประสาทกลาง
ดูบทความหลักที่ สมอง
สมอง (brain) แบ่งออกเป็น 3 ส่วน
(medulla oblongate) สมองน้อย หรือ เซรีเบลลัม (cerebellum) และ พอนส์ (pons)
สมอง มี 2 ชั้น (ตรงข้ามกับไขสันหลัง)

สมองส่วนหน้า (forebrain หรือ prosencepphalon) ประกอบด้วยเทเลนเซฟาลอน (telencephalo) และไดเอนเซฟาลอน (diencephalon) เทเลนเซฟาลอนคือสมองใหญ่ (cerebrum) ส่วนไดเอนเซฟาลอนประกอบด้วยไฮโพทาลามัส (hypothalamus) ทาลามัส (thalamus)
สมองส่วนกลาง (midbrain หรือ mesencephalon) ทำหน้าที่เป็นส่วนหนึ่งของก้านสมองและเป็นจุดศูนย์กลางของรีเฟลกซ์เกี่ยวกับการมองเห็น (visual reflex) และรีเฟลกซ์เกี่ยวกับการได้ยิน (auditory reflex) ประกอบด้วยเซรีบรัมพีดังเคิล (cerebralpeduncle) และคอร์พอราควอไดร์เจอมินาร์ (corpora quadrigermina) ซึ่งแบ่งออกเป็น คอลิคูไลด์ (superior colliculi) 2 พู (lob) และอินฟีเรียคอลิคูไลด์ (inferior colliculi) 2 พู
สมองส่วนท้าย (hindbrain หรือ rhombencephalon) ประกอบด้วยเมดัลลาออบลองกาตา
เนื้อเทา (Gray matter) เป็นที่อยู่ของกระแสประสาทและแกนประสาท ที่ไม่มีเยื่อไมอิลินหุ้ม
เนื้อขาว (White matter) เป็นที่อยู่ของแกนประสาทที่มีเยื่อไมอิลินหุ้ม สมอง
เยื่อหุ้มสมอง (Meninges) 3 ชั้น คือ

เยื่อหุ้มสมองชั้นนอก (Dura mater) เหนียว แข็งแรงมากโดยมีหน้าที่ป้องกันการกระทบกระเทือน
เยื่อหุ้มสมองชั้นกลาง (Arachoid mater) เป็นเยื่อบางๆ
เยื่อหุ้มสมองชั้นใน (Pia mater) มีเส้นเลือดแทรกมากมายทำหน้าที่ส่งอาหารไปเลี้ยงสมอง ในระหว่างชั้นกลางกับชั้นในจะมีการบรรจุของเหลวที่เรียกว่า น้ำเลี้ยงสมองไขสันหลัง โดยจำทำหน้าที่ให้สมองและไขสันหลังเปียกชื้นอยู่เสมอ เยื่อหุ้มสมอง
ไขสันหลัง (spinal cord) ประกอบด้วยเนื้อเยื่อ 2 ส่วน คือ

เนื้อขาว (White matter) เป็นส่วนที่มีสีขาวรอบนอก ไม่มีเซลล์ประสาทจะมีเฉพาะใยประสาทที่มีเยื่อไมอิลินหุ้ม
เนื้อเทา (Gray matter) เป็นส่วนสีเทา ประกอบด้วยใยประสาทที่ไม่มีเยื่อไมอิลินหุ้ม และตัวเซลล์ประสาทซึ่งมีทั้งประเภทประสานงานและนำคำสั่ง โครงสร้างของไขสันหลังและเส้นประสาทไขสันหลัง
ดูบทความหลักที่ เซลล์ประสาท
เซลล์ประสาท ส่วนประกอบของเซลล์ประสาท

ตัวเซลล์ (cell body หรือ soma) มีส่วนประกอบเหมือนเซลล์ทั่วๆไป เช่น นิวเคลียส ไมโตคอนเดรีย
ใยประสาท (nerve fiber) คือส่วนของโปรโตพลาสซึมของเซลล์ที่ยื่นออกไปมี 2 ชนิดคือ