A informação sobre o mundo externo e o estado interno do corpo entra no sistema nervoso através dos neurónios sensoriais. Estas células transduzem estímulos físicos ou químicos em sinais elétricos e transmitem-nos ao sistema nervoso central.

Os seus corpos celulares localizam-se geralmente em gânglios periféricos; um único prolongamento longo estende-se para fora até à terminação sensitiva e para dentro até à medula espinal ou tronco cerebral. Diferentes classes de neurónios sensoriais estão sintonizadas para o toque leve, dor, temperatura, estiramento muscular, posição articular ou sinais viscerais. Nos sentidos especiais, as células recetoras fazem sinapse com os neurónios sensoriais que transmitem a informação ao sistema nervoso central.

A especificidade dos neurónios sensoriais determina a qualidade da sensação que será percebida. As lesões produzem dormência, dor ou perda de modalidades sensoriais específicas. Como os seus axónios percorrem os nervos periféricos, os neurónios sensoriais são vulneráveis ​​às mesmas lesões e doenças que afetam os axónios motores; contudo, as suas conexões centrais e terminações periféricas conferem-lhes propriedades regenerativas e de sinalização distintas.

Toda a perceção começa com a ativação de um conjunto de neurónios sensoriais.