Thông tin về thế giới bên ngoài và trạng thái bên trong cơ thể đi vào hệ thần kinh thông qua các tế bào thần kinh cảm giác. Các tế bào này chuyển đổi các kích thích vật lý hoặc hóa học thành tín hiệu điện và truyền chúng đến hệ thần kinh trung ương.

Thân tế bào của chúng thường nằm ở các hạch ngoại vi; một nhánh dài duy nhất kéo dài ra ngoài đến đầu tận cùng cảm giác và vào trong đến tủy sống hoặc thân não. Các loại tế bào thần kinh cảm giác khác nhau được điều chỉnh để cảm nhận sự tiếp xúc nhẹ, đau, nhiệt độ, sự căng cơ, vị trí khớp hoặc các tín hiệu nội tạng. Trong các giác quan đặc biệt, các tế bào thụ thể tạo synapse với các tế bào thần kinh cảm giác truyền thông tin về trung tâm.

Tính đặc hiệu của các tế bào thần kinh cảm giác quyết định chất lượng của cảm giác cuối cùng sẽ được nhận biết. Tổn thương gây ra tê liệt, đau đớn hoặc mất đi các phương thức cảm giác cụ thể. Bởi vì các sợi trục của chúng di chuyển trong các dây thần kinh ngoại biên, các tế bào thần kinh cảm giác dễ bị tổn thương bởi cùng những tổn thương và bệnh tật ảnh hưởng đến các sợi trục vận động, nhưng các kết nối trung ương và các đầu tận cùng ngoại biên của chúng lại mang đến cho chúng những đặc tính tái tạo và truyền tín hiệu riêng biệt.

Mỗi tri giác đều bắt đầu bằng sự kích hoạt của một tập hợp các tế bào thần kinh cảm giác.