Centralnervesystemet består af hjernen og rygmarven. Det er kroppens primære kontrol- og integrationscenter, der modtager sensorisk information, bearbejder den og udsteder motoriske kommandoer.

Hjernen er beskyttet af kraniet og af tre lag hjernehinder; rygmarven løber inden i rygsøjlen og er ligeledes beklædt. Begge er badet i cerebrospinalvæske, der beskytter dem og hjælper med at regulere det kemiske miljø. De opstigende kanaler i rygmarven fører sensoriske signaler mod hjernen; de nedstigende kanaler fører motoriske signaler mod muskler og kirtler. Refleksbuer kan fuldføres i selve rygmarven, hvilket muliggør hurtige reaktioner uden direkte hjerneindblanding.

Skader på centralnervesystemet er ofte permanente, fordi modne neuroner har begrænset kapacitet til at regenerere. Slagtilfælde, traumer, multipel sklerose og neurodegenerative sygdomme illustrerer alle konsekvenserne af forstyrrelser i denne beskyttede, men sårbare kerne. Forskning i rygmarvsreparation og hjerne-computer-grænseflader fortsætter med at flytte grænserne for, hvad der kan ske med helbredelse.

Enhver bevidst bevægelse, enhver opfattet fornemmelse og enhver tanke afhænger af centralnervesystemets intakte funktion.