De informatie die door de zintuigen wordt opgevangen, wordt door het zenuwstelsel naar het ruggenmerg en de hersenen gestuurd. Daar wordt de informatie verwerkt en eventueel bewust ervaren: het ruiken van geuren, het zien van de omgeving, het luisteren naar muziek of het voelen van een speldenprik.

Zeer complexe bouw
Al vanaf de Oudheid zijn de hersenen een bron van onderzoek en vooral van speculatie geweest. De Griekse filosoof Plato was al van mening dat het gevoel en het denken zich in de hersenen bevinden. In de Renaissance kreeg men vooral belangstelling voor de anatomie van de menselijke hersenen. Met name Leonardo da Vinci en Vesalius leverden belangrijke bijdragen op dit gebied. Enige eeuwen later kon Antoni van Leeuwenhoek met behulp van de microscoop bewijzen dat zenuwen niet hol zijn, zoals men tot die tijd geloofde. Tegenwoordig zijn met behulp van speciale kleurtechnieken grote delen van de zeer complexe structuur van de hersenen in kaart gebracht.

Het totaal van hersenen en zenuwstelsel kan worden verdeeld in een centraal deel, bestaande uit de hersenen en het ruggenmerg, en een perifeer deel. De hersenen bestaan uit de grote hersenen (cerebrum), de kleine hersenen (cerebellum) en de hersenstam (truncus cerebri). De zenuwbanen in de rest van het lichaam vormen het perifere zenuwstelsel.

De hersenen bestaan zoals alle andere organen in het lichaam uit cellen. De opbouw ervan is echter vele malen complexer dan die van andere structuren in het lichaam. De hersenen zijn opgebouwd uit zenuwcellen (neuronen) die omgeven zijn door een veelvoud aan steuncellen (gliacellen). Hoewel zenuwcellen veel gemeen hebben met andere lichaamscellen, zijn ze zeer gespecialiseerd. Hun vorm wijkt ook sterk af: ze lijken op een vertakte, uitgegroeide boom met een aantal korte uitlopers (dendrieten) en één lange uitloper (axon). Dit axon heeft een lengte van enkele centimeters tot zelfs meer dan een meter en is soms nog vertakt. Stijf opgerolde celmembranen (myelineschede) omwikkelen het axon.

De uiteinden van de axonen staan in contact met een volgende zenuwcel of met een spiercel. Deze contactplaatsen worden synapsen genoemd. Het kenmerkende van zenuwcellen is dat ze signalen kunnen vervoeren van de ene kant van de zenuwcel naar het uiteinde van het axon. Dat gaat door middel van elektrische activiteit; in vakkringen spreekt men van een actiepotentiaal. In de synaps wordt het signaal overgedragen op een andere zenuwcel of op een spiercel via een overdrachtsstof (ook wel boodschapperstof of neurotransmitter genoemd), waarna weer een nieuwe actiepotentiaal wordt opgewekt. Op deze manier kunnen signalen razendsnel van de ene kant van het lichaam via de hersenen of het ruggenmerg naar de andere kant worden doorgeseind.

Hersenfuncties
Alle orgaanstelsels in het lichaam worden in feite bestuurd door de hersenen. In de grote hersenen komen via de gevoelsbanen (sensibele vezels) de prikkels van de zintuigen binnen. Daar worden zien, horen, ruiken, proeven en voelen mogelijk gemaakt. Als reactie hierop kunnen signalen ontstaan die via de bewegingsbanen (motorische vezels) naar andere delen van het zenuwstelsel worden vervoerd. Daardoor kunnen zogenoemde willekeurige – dat wil zeggen onder invloed van de wil – bewegingen van bepaalde spieren worden opgewekt. De kleine hersenen spelen een rol bij de controle van het bewegingspatroon en het evenwicht. Daarnaast bestaat er een systeem dat onwillekeurig – dus niet onder invloed van de wil – bepaalde lichaamsfuncties bestuurt. Dat noemt men het autonome zenuwstelsel. Dit systeem is onder andere verantwoordelijk voor het regelen van de hartslag, de spijsvertering, de lichaamstemperatuur en de ademhaling.

In de hersenen bevinden zich twee zeer bijzondere organen: het hersenaanhangsel (hypofyse) en de pijnappelklier (epifyse). Deze organen scheiden stoffen af (neurohormonen) die veel klieren elders in het lichaam beïnvloeden bij de productie van hormonen.
Naast de gevoels- en bewegingsfuncties en de rol bij de hormoonhuishouding hebben de hersenen nog veel ingewikkelder functies, zoals denken, bewustzijn en geheugen, waarover nog maar weinig bekend is. Eigenlijk geldt dat ook voor zaken als angst, emotie, stemming en al die andere subjectieve gevoelens die ons tot mens bestempelen.