Merkezi sinir sistemi beyin ve omurilikten oluşur. Vücudun birincil kontrol ve entegrasyon merkezidir; duyusal bilgileri alır, işler ve motor komutları verir.

Beyin, kafatası ve üç katmanlı meninksler tarafından korunur; omurilik omurga içinde uzanır ve benzer şekilde kılıflıdır. Her ikisi de onları yastıklayan ve kimyasal ortamı düzenlemeye yardımcı olan beyin omurilik sıvısı içinde bulunur. Omurilikteki yükselen yollar duyusal sinyalleri beyne doğru taşır; alçalan yollar ise motor sinyalleri kaslara ve bezlere doğru taşır. Refleks yayları omuriliğin içinde tamamlanabilir, bu da doğrudan beyin müdahalesi olmadan hızlı tepkilere olanak tanır.

Merkezi sinir sistemindeki hasar genellikle kalıcıdır çünkü olgun nöronların yenilenme kapasitesi sınırlıdır. İnme, travma, multipl skleroz ve nörodejeneratif hastalıklar, bu korunaklı ancak hassas çekirdekteki bozulmanın sonuçlarını göstermektedir. Omurilik onarımı ve beyin-bilgisayar arayüzleri üzerine yapılan araştırmalar, iyileşmenin ne kadar mümkün olabileceğine dair sınırları zorlamaya devam etmektedir.

Her kasıtlı hareket, her algılanan duyum ve her düşünce, merkezi sinir sisteminin kusursuz işleyişine bağlıdır.