İki çeşit beyin hücresi mevcuttur: nöronlar ve glial hücreler.
Bir nöron, hücre gövdesi, dendritler ve bir aksondan meydana gelir. Her nöronun bir aksonu ve çok sayıda dendriti vardır.
Öğrenme meydana geldikçe, nöronlar arasında bağlantılar oluşur. Nöronlar arasındaki bağlantılar, sinaps adı verilen ince boşluklardan geçen elektrik sinyalleri vasıtasıyla meydana gelmektedir. Bir sinir hücresi, diğer sinir hücrelerinden mesaj aldığında – mesajdaki elektrik yükünün miktarına göre – bunu başka sinir hücrelerine geçirip geçirmemeye karar verir. Gelen bilginin anlamı açık değilse veya bağlantılanacak yer yoksa bilgi (elektriksel sinyal ) geçirilmez.
Nörotransmiter adı verilen kimyasallar sinyallerin bir nörondan diğerine akışını sağlarlar. Konuştuğumuz, hareket ettiğimiz, düşündüğümüz, vb. her anda on binlerce nöron arasında elektriksel ve kimyasal iletişim meydana gelmektedir. Bu şekilde beyindeki ağlar inanılmaz bir karmaşıklığa ulaşır.
Bilimadamları yirmi ile seksen yaş arasında her sene on sekiz milyon nöron kaybettiğimizi tahmin etmektedirler. Bazılarına göreyse on iki yaşından itibaren hücreler kaybedilmeye başlanır. Esasen bu çok önemli değildir; çünkü hücrelerden birazını kaybediyor bile olsak hücreler arasındaki bağlantılar öğrenme yoluyla oluşturulmaktadır.