ニューロンの構造を図2.1に示す。 ニューロンは、細胞体(soma)と呼ばれる本体、本体からつきだした樹状突起(dendrite)、他の細胞へつながる軸索(axon)から構成される。 本体中央には核(nucleus)があり、このニューロンは、細胞膜(cell membrane)で囲まれている。 軸索はその末端が他の神経細胞の樹状突起または細胞体に付着している。 軸索とほかの神経細胞との結合部分をシナプス（synapse）という。 樹状突起または細胞体で入力信号を受け、細胞体で信号処理し、軸索を通して出力信号を出している。 機能面から、ニューロンを入力信号を出力信号に変換する情報処理素子とみることができる。
１つの細胞の出力は、シナプスを介して他の細胞に伝えられる。 軸索は十〜数百に分岐しており、シナプスを通して多くのニューロンと３次元的に結合している。 さらに１つの細胞が受けるシナプス結合の数は、数百から数万に及ぶ。 これらすべてのシナプス結合がニューロン間の信号の伝達に寄与している。
ニューロンの細胞膜は、その内外で常に電位差が存在する。 この電位差を膜電位という。 膜電位は細胞外を基準とすると通常は負であり、この電位を静止電位という。 外部からの入力により膜電位が正方向に変化した時、その値がある値（閾値）を越えると急激に上昇して、 正電位に達した後元の電位に戻る。 膜電位がこのように変化したとき、ニューロンは興奮した、あるいは発火したという。
脳のニューロンは、千数百億個程度と推定されており、各ニューロンが並列で分散して情報処理を行っている。 つまり、同時に並行して多数のニューロンが情報処理を行っている。 脳の機能の基本要素もこの神経細胞の情報処理である。 各ニューロンは他のニューロンと信号のやりとりを行いながら、ネットワークの中で高度な情報処理を行っている。
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