神經元並非神經系統中唯一的細胞。種類繁多的神經膠質細胞圍繞著神經元，為其提供支持並與其進行積極的相互作用。在中樞神經系統中，主要的神經膠質細胞類型包括星狀細胞、少突膠質細胞和小膠質細胞；在周邊神經系統中，雪旺氏細胞則扮演類似的角色。

神經膠質細胞調節化學環境、形成髓鞘、提供代謝支持並抵抗病原體和損傷。它們並非被動的，而是透過鈣訊號回應神經活動，並能釋放調節突觸的神經傳導物質。在發育過程中，它們引導神經元遷移並幫助形成突觸；在成年期，它們參與神經可塑性和疾病反應。

許多神經系統疾病都與神經膠質功能障礙有關，例如脫髓鞘、反應性膠質增生和慢性發炎。過去幾乎只關注神經元的研究現在認識到，神經膠質在正常功能和病理過程中都扮演著同等重要的角色。

在某些腦區，神經膠質細胞的數量遠遠超過神經元。