Информация о внешнем мире и внутреннем состоянии организма поступает в нервную систему через сенсорные нейроны. Эти клетки преобразуют физические или химические стимулы в электрические сигналы и передают их в центральную нервную систему.

Их клеточные тела часто располагаются в периферических ганглиях; один длинный отросток тянется наружу к сенсорному окончанию и внутрь к спинному мозгу или стволу головного мозга. Различные классы сенсорных нейронов настроены на легкое прикосновение, боль, температуру, растяжение мышц, положение суставов или висцеральные сигналы. В органах чувств рецепторные клетки образуют синапсы с сенсорными нейронами, которые передают информацию в центральную нервную систему.

Специфичность сенсорных нейронов определяет качество воспринимаемого ощущения. Повреждение вызывает онемение, боль или потерю определенных сенсорных модальностей. Поскольку их аксоны проходят в периферических нервах, сенсорные нейроны уязвимы к тем же повреждениям и заболеваниям, которые поражают двигательные аксоны, однако их центральные связи и периферические окончания обеспечивают им особые регенеративные и сигнальные свойства.

Каждое восприятие начинается с активации набора сенсорных нейронов.