脊椎動物の身体では、脊柱の背側に1本の中枢神経が走っている。中枢神経は、頭の部分で大きく膨らんで脳となり、身体の他の部分では細長い脊髄となっている。中枢神経は、全身のいろいろな部分に末梢神経を送り出している。中枢神経の形は動物の種類によってさまざまに変わるが、それは末梢神経を通して出し入れする情報の量と質に依存して、中枢神経の各部分が発立してきたためである。「中枢は末梢の奴隷」という表現もある。
末梢神経は、脳からでるものと脊髄からでるものが区別される。ヒトに認められる12対の脳神経は、性格の異なるものがまざっており、それぞれに進化の歴史を反映している。脳神経の第1群は鼻、眼、耳という頭部の特殊感覚器を支配するもので、第I番の嗅神経、第II番の視神経、第VIII番の内耳神経がこれにあたる。ヒトを含む哺乳類では、視覚が発達し、それに伴い大脳も大きくなった。脳神経の第2群は脊髄神経の運動神経と同じ性質をもつもので、眼球を動かす筋を支配する第III番の動眼神経、第IV番の滑車神経、第VI番の外転神経、および舌の筋を支配する第XII番の舌下神経がこれにあたる。脳神経の第3群は鰓弓（さいきゅう）神経とよばれるもので、ヒトの祖先が魚の形をしていた時代に、鰓（えら）を支配していた神経から生じたものである。ヒトの祖先が水中から陸に上がったときに、鰓は呼吸機態から解放されて、きまざまな用途に転用された。鰓弓神経はそのような器官を支配している。第V番の三叉神経、第VII番の顔面神経、第IX番の舌咽神経、第X番の迷走神経と第XI番の副神経がこれにあたるが、ヒトでは頭部の知覚や運動のほかに、胸や腹の内臓を支配している。