Informationen über die Außenwelt und den inneren Zustand des Körpers gelangen über sensorische Neuronen in das Nervensystem. Diese Zellen wandeln physikalische oder chemische Reize in elektrische Signale um und leiten sie an das zentrale Nervensystem weiter.

Ihre Zellkörper liegen häufig in peripheren Ganglien; ein einzelner langer Fortsatz erstreckt sich nach außen zum sensorischen Ende und nach innen zum Rückenmark oder Hirnstamm. Verschiedene Klassen von sensorischen Neuronen sind auf leichte Berührung, Schmerz, Temperatur, Muskeldehnung, Gelenkstellung oder viszerale Signale spezialisiert. In den speziellen Sinnen bilden Rezeptorzellen Synapsen mit sensorischen Neuronen, die die Information zentral weiterleiten.

Die Spezifität sensorischer Neuronen bestimmt die Qualität der letztendlich wahrgenommenen Empfindung. Schädigungen führen zu Taubheit, Schmerzen oder dem Verlust bestimmter Sinnesmodalitäten. Da ihre Axone in peripheren Nerven verlaufen, sind sensorische Neuronen denselben Verletzungen und Erkrankungen ausgesetzt wie motorische Axone. Dennoch verleihen ihnen ihre zentralen Verbindungen und peripheren Endigungen besondere regenerative und signalisierende Eigenschaften.

Jede Wahrnehmung beginnt mit der Aktivierung einer Gruppe von sensorischen Neuronen.