Hệ thần kinh trung ương bao gồm não bộ và tủy sống. Đây là trung tâm điều khiển và tích hợp chính của cơ thể, tiếp nhận thông tin cảm giác, xử lý thông tin đó và đưa ra các mệnh lệnh vận động.

Não bộ được bảo vệ bởi hộp sọ và ba lớp màng não; tủy sống nằm bên trong cột sống và cũng được bao bọc tương tự. Cả hai đều được bao quanh bởi dịch não tủy, giúp đệm và điều chỉnh môi trường hóa học. Các đường dẫn truyền hướng lên trong tủy sống mang tín hiệu cảm giác đến não; các đường dẫn truyền hướng xuống mang tín hiệu vận động đến các cơ và tuyến. Các cung phản xạ có thể được hoàn thành ngay trong tủy sống, cho phép phản ứng nhanh chóng mà không cần sự tham gia trực tiếp của não bộ.

Tổn thương hệ thần kinh trung ương thường là vĩnh viễn vì các tế bào thần kinh trưởng thành có khả năng tái tạo hạn chế. Đột quỵ, chấn thương, bệnh đa xơ cứng và các bệnh thoái hóa thần kinh đều minh họa hậu quả của sự gián đoạn trong lõi được bảo vệ nhưng dễ bị tổn thương này. Nghiên cứu về phục hồi tủy sống và giao diện não-máy tính tiếp tục mở rộng giới hạn về những gì có thể đạt được trong tương lai.

Mọi chuyển động có chủ đích, mọi cảm giác nhận thức và mọi suy nghĩ đều phụ thuộc vào sự hoạt động bình thường của hệ thần kinh trung ương.