Informatie over de buitenwereld en de interne toestand van het lichaam komt het zenuwstelsel binnen via sensorische neuronen. Deze cellen zetten fysieke of chemische prikkels om in elektrische signalen en zenden deze door naar het centrale zenuwstelsel.

Hun cellichamen bevinden zich vaak in perifere ganglia; een enkel lang uitlopertje loopt naar buiten, naar het sensorische uiteinde, en naar binnen, naar het ruggenmerg of de hersenstam. Verschillende soorten sensorische neuronen zijn afgestemd op lichte aanraking, pijn, temperatuur, spierrekking, gewrichtspositie of viscerale signalen. Bij de speciale zintuigen maken receptorcellen synapsen met sensorische neuronen die de informatie centraal doorgeven.

De specificiteit van sensorische neuronen bepaalt de kwaliteit van de uiteindelijk waargenomen sensatie. Beschadiging leidt tot gevoelloosheid, pijn of verlies van bepaalde sensorische modaliteiten. Omdat hun axonen zich in perifere zenuwen bevinden, zijn sensorische neuronen kwetsbaar voor dezelfde verwondingen en ziekten als motorische axonen. Hun centrale verbindingen en perifere uiteinden geven ze echter wel specifieke regeneratieve en signaaloverdragende eigenschappen.

Elke waarneming begint met de activering van een reeks sensorische neuronen.