En los vertebrados los reflejos son producidos en general mediante circuitos nerviosos mediados por neuronas situadas en la médula espinal, sin intervención del encéfalo.

Los tejidos de sostén o mantenimiento están formado por las células gliales (neuroglia) y un sistema vascular especializado.

La estructura básica del sistema nervioso está formada por redes de neuronas interconectadas por sus dendritas y axones.

Cuando se genera un potencial de acción o impulso nervioso, se producen dos cosas consecutivas que afectan a la membrana celular, alteran su permeabilidad a los iones Na+ y K+ y modifican el potencial de membrana en reposo.

El potencial de acción así generado se transmite unidireccionalmente a través del axón hasta alcanzar la siguiente conexión (sinapsis).

Interacciona con un receptor específico en la neurona postsináptica donde produce una determinada respuesta que puede ser excitatoria o inhibitoria.

[20]​ En su interior existe un sistema de cavidades conocidas como ventrículos, por las cuales circula el líquido cefalorraquídeo.

[17]​ Una división menos anatómica pero más funcional, es la que divide al sistema nervioso de acuerdo con el rol que cumplen las diferentes vías neurales, sin importar si estas recorren parte del sistema nervioso central o el periférico: El sistema nervioso puede sufrir numerosas enfermedades de diferente origen: infecciosas, hereditarias, degenerativas, cerebrovasculares (por afectación de los vasos sanguíneos), desmielinizantes o tumorales.

[22]​ Se cree que la primera neurona surgió hace 600 millones de años, durante el período Ediacárico, en animales diblásticos como los cnidarios.

En el curso de la evolución se fueron agregando neuronas intermedias entre estos dos grupos iniciales, formando circuitos cada vez más complejos.

[nota 1]​ El sistema nervioso fue mostrando un fenómeno de concentración en regiones estratégicas dando pie a la formación del sistema nervioso central, siendo la cefalización el rasgo más acabado de estos fenómenos.

Existen tres tipos de disposiciones del sistema nervioso: cicloneuros, hiponeuros y epineuros.

En una red nerviosa las neuronas están dispersas sin una organización estructural compleja y no existe encéfalo.

Carecen de encéfalo pero dispones de varios ganglios que controlan diversas funciones, entre ellos dos ganglios cerebro-pleurales a ambos lados del esófago que controlan los órganos sensoriales y la cavidad del manto (moluscos).

Poseen un sistema nervioso bien desarrollado que les permite tener un comportamiento complejo y coordinado.

Su sistema nervioso central es de tipo ganglionar y consiste en una cadena de ganglios segmentarios unidos mediante un cordón nervioso ventral, algunos ganglios se fusionan en la región cefálica y dan lugar a un cerebro.

Disponen de tres anillos nerviosos situados en planos diferentes alrededor del tubo digestivo.

[35]​[36]​ Lo inamovible de las posiciones en el debate científico por ambas partes ha llevado a proponer una solución al debate que consiste en redefinir el concepto de sistema nervioso mediante criterios únicamente fisiológicos y evitar los criterios filogenéticos.