تدخل المعلومات المتعلقة بالعالم الخارجي والحالة الداخلية للجسم إلى الجهاز العصبي عبر الخلايا العصبية الحسية. تقوم هذه الخلايا بتحويل المحفزات الفيزيائية أو الكيميائية إلى إشارات كهربائية وتنقلها نحو الجهاز العصبي المركزي.

تقع أجسام خلاياها غالبًا في العقد العصبية الطرفية؛ ويمتد منها امتداد طويل واحد إلى الخارج باتجاه النهاية الحسية، وإلى الداخل باتجاه الحبل الشوكي أو جذع الدماغ. وتتخصص أنواع مختلفة من الخلايا العصبية الحسية في الاستجابة للمس الخفيف، والألم، ودرجة الحرارة، وتمدد العضلات، ووضع المفاصل، أو الإشارات الحشوية. وفي الحواس الخاصة، تتشابك الخلايا المستقبلة مع الخلايا العصبية الحسية التي تنقل المعلومات إلى المركز.

تُحدد خصوصية الخلايا العصبية الحسية جودة الإحساس الذي سيُدرك في نهاية المطاف. ويؤدي تلفها إلى الخدر أو الألم أو فقدان بعض الحواس. ولأن محاورها العصبية تمتد في الأعصاب الطرفية، فإن الخلايا العصبية الحسية عُرضة لنفس الإصابات والأمراض التي تُصيب المحاور الحركية، إلا أن وصلاتها المركزية ونهاياتها الطرفية تُكسبها خصائص تجديدية وإشاراتية مميزة.

كل إدراك يبدأ بتنشيط مجموعة من الخلايا العصبية الحسية.