Um neurônio se diferencia de muitas outras células por poder assumir diversas formas e atingir comprimentos (relativamente) grandes, por vezes estendendo- se por vários centímetros. Um neurônio consiste em um corpo celular contendo um núcleo , onde reside a informação genética, e numerosas organelas, incluindo as mitocôndrias, produtoras de energia, e os ribossomos , sintetizadores de proteínas . Podem existir algumas ou muitas extensões celulares de seu citoplasma e membrana que conferem ao neurônio uma aparência bastante distorcida. Os dois principais tipos de extensões são os axônios e os dendritos.
Um dendrito é uma extensão de um neurônio que recebe impulsos elétricos; ele recebe informações elétricas de outro neurônio. Um axônio é uma extensão de um neurônio que transmite impulsos elétricos; ele transmite informações elétricas para outro neurônio. O axônio de um neurônio transmite informações elétricas para o dendrito de outro neurônio. No entanto, os dois neurônios não estão em contato direto — o axônio não toca o dendrito. Um espaço chamado sinapse separa o axônio do dendrito receptor.
A informação elétrica atravessa a sinapse por meio de um tipo especial de hormônio chamado neurotransmissor, uma proteína codificada pelos genes e sintetizada pelos ribossomos do neurônio, em um processo conhecido como transmissão sináptica . A informação elétrica que viaja ao longo do axônio de um neurônio desencadeia a liberação de uma quantidade específica de proteínas neurotransmissoras na sinapse. Os neurotransmissores se difundem pela sinapse onde, ao entrarem em contato com a membrana dendrítica do próximo neurônio, despolarizam o dendrito e permitem que a transmissão da informação elétrica continue sem interrupção.