神经元是神经系统的基本结构和机能单位。主要部分包括树突、胞体、轴突、细胞膜。树突形状似分叉众多的树枝，上面散布许多枝状突起，因此有可能接受来自许多其他细胞的输入。胞体内有细胞核，而且绝大多数维持细胞生命的细胞器都在其中。轴突为细胞的输出端，从胞体延伸出来，一般很长。许多轴突由髓鞘包裹，其作用是与其他细胞的信息流绝缘。沿鞘壁有许多豁口，称郎飞氏结。轴突到突触接端为止。每个神经元只有一个轴突，可以把兴奋从胞体传送到另一个神经元或其他组织，如肌肉或腺体。神经元有接受、整合和传递信息的功能。一般就长轴突神经元而言，树突和胞体接受感应器或从其他神经元传来的信息，并进行整合，然后通过轴突将信息传递给另一些神经元或效应器。

神经元胞质的延长部分称为神经纤维，也叫突起。神经纤维的主要机能就是传导神经冲动，其基本生理特性是具有高度的兴奋性和传导性。每当神经纤维受到适宜刺激而兴奋时，立即表现出可传播的动作电位，并具有以下几个基本特征：1.生理完整性。神经纤维必须保持结构上和生理功能上的完整才能传导冲动。神经纤维被切断后，破坏了结构上的完整性，冲动就不能传导。如果结扎或在麻醉药、低温等作用下，使神经纤维机能发生改变，破坏了生理功能的完整性，冲动传导也将发生阻滞。2.绝缘性。一条神经元内有许多神经纤维，其中包含有传入和传出纤维，各条纤维上传导的兴奋基本上互不干扰，准确地实现各自的功能。3.双向传导性。刺激神经纤维上的任何一点，兴奋就从刺激的部位开始沿着纤维向两端传导。4.不衰减性。神经纤维在传导冲动时，不论传导距离多长，其冲动的大小，频率和速度始终不变，这一特点称为传导的不衰减性。这对于保证及时、迅速和准确地完成正常的神经调节功能十分重要。5.相对不疲劳性。在实验条件下，用每秒50~100次的电刺激连续刺激蛙的神经9~12h，神经纤维仍保持传导冲动的能力，这说明神经纤维是不容易发生疲劳的。

原始的单细胞动物，如草履虫，体内没有神经元，只存在神经肽样物质。神经肽是泛指存在于神经组织并参与神经系统功能作用的内源性活性物质，其是一类特殊的信息物质。其特点是含量低、活性高、作用广泛而又复杂，在体内调节多种多样的生理功能，如痛觉、睡眠、情绪、学习与记忆，乃至神经系统本身的分化和发育等都受到神经肽的调节。神经肽可以清除受损及死亡神经元和促进新神经元快速再生，存在于神经系统中并负责为神经元新陈代谢提供基础物质。神经肽在生物体内既有神经激素样作用，又具有类似于神经元的信息传递作用。正是因为神经肽样物质的存在，使单细胞动物相比植物具有了对外界刺激更加快速敏捷的反应。

神经元即神经细胞，故尔必然在多细胞动物体中才会拥有，比如最原始的多细胞动物——海绵动物就具有了两类神经元。不过，这些神经元之间没有突出的联系，也没有接受感觉和支配运动的机能。海绵动物的细胞虽有分工，但彼此合作甚微，如将海绵磨碎过筛，其中分离了的细胞仍能存活数天，仍然相当于原生动物。因此，海绵动物虽然具有了神经元，但远未形成神经系统。