Tế bào thần kinh không phải là loại tế bào duy nhất trong hệ thần kinh. Một quần thể tế bào thần kinh đệm đa dạng bao quanh, hỗ trợ và tương tác tích cực với chúng. Trong hệ thần kinh trung ương, các loại chính là tế bào hình sao, tế bào ít nhánh và tế bào microglia; ở ngoại vi, tế bào Schwann thực hiện các vai trò tương tự.

Tế bào thần kinh đệm điều chỉnh môi trường hóa học, hình thành myelin, hỗ trợ quá trình trao đổi chất và bảo vệ chống lại mầm bệnh và tổn thương. Chúng không hề thụ động, mà phản ứng với hoạt động thần kinh bằng tín hiệu canxi và có thể giải phóng các chất dẫn truyền điều chỉnh khớp thần kinh. Trong quá trình phát triển, chúng hướng dẫn các tế bào thần kinh di chuyển và giúp hình thành khớp thần kinh; ở tuổi trưởng thành, chúng tham gia vào tính dẻo dai của tế bào thần kinh và phản ứng với bệnh tật.

Nhiều bệnh lý thần kinh liên quan đến rối loạn chức năng tế bào thần kinh đệm—mất myelin, tăng sinh tế bào thần kinh đệm phản ứng, viêm mãn tính. Nghiên cứu trước đây tập trung gần như hoàn toàn vào tế bào thần kinh giờ đây đã công nhận tế bào thần kinh đệm là đối tác bình đẳng trong cả chức năng khỏe mạnh và bệnh lý.

Ở một số vùng não, tế bào thần kinh đệm nhiều hơn tế bào thần kinh một cách đáng kể.