Les neurones ne sont pas les seules cellules du système nerveux. Une population diversifiée de cellules gliales les entoure, les soutient et interagit activement avec eux. Dans le système nerveux central, les principaux types sont les astrocytes, les oligodendrocytes et la microglie ; en périphérie, les cellules de Schwann remplissent des fonctions analogues.

Les cellules gliales régulent l'environnement chimique, forment la myéline, assurent le soutien métabolique et défendent contre les agents pathogènes et les lésions. Loin d'être passives, elles répondent à l'activité neuronale par des signaux calciques et peuvent libérer des neurotransmetteurs qui modulent les synapses. Au cours du développement, elles guident la migration des neurones et contribuent à la formation des synapses ; à l'âge adulte, elles participent à la plasticité neuronale et à la réponse aux maladies.

De nombreuses affections neurologiques impliquent un dysfonctionnement glial : démyélinisation, gliose réactionnelle, inflammation chronique. Les recherches qui se concentraient autrefois presque exclusivement sur les neurones reconnaissent désormais le rôle essentiel des cellules gliales dans le fonctionnement normal et la pathologie.

Dans certaines régions du cerveau, les cellules gliales sont bien plus nombreuses que les neurones.