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L'encefalo, con un peso di 1,3-1,5 kg, è il secondo organo più pesante del corpo dopo il fegato. A riposo, il 25% dell'energia metabolica viene utilizzata per rifornire il cervello (8-10% in più rispetto agli altri primati non umani). Le strutture più antiche ("inferiori") si trovano in profondità (inferiormente e immediatamente sopra il forame occipitale), mentre le componenti più recenti ("superiori") si collocano sopra di esse.
Il midollo allungato (bulbo o mielencefalo) è la parte più antica e la sua struttura si continua col midollo spinale (di cui ricorda la struttura metamerica). Nel midollo allungato i fasci motori, provenienti dalla corteccia cerebrale e diretti al midollo spinale, formano le piramidi, dove avviene la loro decussazione (incrocio a X). Il bulbo o midollo allungato, attraverso confini ben delineati, continua col ponte (ponte di Varolio) a cui si unisce il mesencefalo (o mesoencefalo), che assume una posizione mediana fra le regioni cerebrali antiche e recenti ("cervello intermedio"). Il mesencefalo è percorso da un sottile canale, l’acquedotto di Silvio (residuo della cavità mesencefalica embrionale). la sostanza grigia periacqueduttale media gli effetti analgesici (tramite la liberazione di endorfine). La porzione ventrale o corpo del mesoencefalo presenta i due peduncoli cerebrali (dx e sx), consistenti in colonne cilindriche di tessuto nervoso che mettono in comunicazione gli emisferi cerebrali con le altre strutture del sistema nervoso centrale. La porzione anteriore di ciascun peduncolo è caratterizzato da un nucleo intensamente pigmentato, detto sostanza nera del Sommering (substantia nigra) mentre posteriormente è presente il nucleo rosso. La sostanza nera di Sommering e il nucleo rosso sono importanti centri del sistema motorio extrapiramidale (la degenerazione e la conseguente decolorazione della substantia nigra di Sommering sono associate morbo di Parkinson). Sopra al nucleo rosso si trovano i nuclei dei due nervi oculomotori. Dorsalmente il mesencefalo è caratterizzato da quattro collicoli (sporgenze rotondeggianti), i tubercoli quadrigemini, che creano una formazione caratteristica, definita lamina quadrigemina. I tubercoli corrispondono a nuclei di sostanza grigia appartenenti, i due superiori, alle vie ottiche e i due inferiori alle vie uditive (controllandone alcune attività riflesse). Superiormente il solco crociato, formato dai tubercoli, si espande appianandosi dando posto alla ghiandola endocrina epifisi.
Il midollo allungato e il ponte formano il romboencefalo. Il romboencefalo più il mesoencefalo fomano il tronco encefalico.
I nervi cranici (nervi encefalici) sono un gruppo di nervi che invece di avere origine dal midollo spinale, partono direttamente dal tronco encefalico costituendo l'innervazione motrice e sensitiva della testa nonchè l'innervazione viscerale, sia in uscita che in entrata (efferente e afferente), degli importanti centri del sistema nervoso parasimpatico che controllano l'attività dei visceri della testa, del collo, del torace e dell'addome. Nell'anatomia umana ci sono dodici paia di nervi cranici (destri e sinistri), numerati dall'alto verso il basso con numeri romani. Essi hanno un'organizzazione più complessa rispetto ai nervi spinali. Anche i nuclei dei nervi cranici (nuclei encefalici), ossia le zone in cui sono situati i corpi cellulari dei neuroni corrispondenti, sono più complessi di quelli spinali. La sostanza grigia, a differenza del midollo spinale, non è raccolta in un'unica formazione ma è suddivisa in vari nuclei in parte ai nervi encefalici. Quasi tutti i nervi cranici sono connessi a dei nuclei di materia grigia all'interno del tronco encefalico e gli assoni da e per i nervi cranici incontrano le loro sinapsi all'interno di questi nuclei. Come nel midollo spinale, anche i nuclei del tronco encefalico sono divisi in anteriori motori e posteriori sensoriali. Nel tronco encefalico vi sono inoltre nuclei non direttamente connessi all'origine dei nervi encefalici, detti nuclei propri (fra i quali citiamo, per l'importanza rivestita nel sistema dell'equilibrio e postura, i nuclei vestibolari e i nuclei oculomotori), e la formazione (sostanza) reticolare. La sostanza reticolare è un'antica formazione nervosa dalla citoarchitettonica caratteristica, costituita da varie tipologie neuronali aggregate in piccoli nuclei, nell'ambito di un complesso reticolato di fibre nervose che si estende per tutto il tronco encefalico. Le fibre della sostanza reticolare appartengono sia vie nervose ascendenti che discendenti influenzando tutto il sistema nervoso.
Il ponte presenta importanti connessioni col cervelletto (assieme costituiscono il metencefalo) che è la seconda regione dell'encefalo più voluminosa dopo il "cervello superiore". Esso si appoggia posteriormente al romboencefalo piegandone anteriormente l'asse, così che il ponte si trova ad appoggiarsi direttamente sulla base cranica. Il cervelletto è diviso in due emisferi cerebellari divisi dal verme, sulla cui faccia anteriore è presente il flocculo. Esso è costituito da regioni antiche (verme, flocculo e il quarto anteriore dei due emisferi) e regioni recenti (compartimenti posteriori degli emisferi), che rappresentano la parte più estesa, con funzioni diverse. All'interno della sostanza bianca, in profondità, sono situati i nuclei cerebellari (ammassi di sostanza grigia) di cui, il nucleo dentato, risulta particolarmente sviluppato. La sostanza grigia della corteccia cerebellare (ca. 1 mm di spessore) si ripiega in superficie per accogliere il maggior numero possibile di neuroni.
Superiormente al mesoencefalo (mesencefalo) troviano il diencefalo composto fondamentalmente dal talamo destro e sinistro e dall'ipotalamo posto al centro, quest'ultimo è collegato con la ghiandola endocrina ipofisi (sistema neuroendocrino), con la sostanza reticolare e col sistema limbico. Il sistema o lobo limbico rappresenta quei giri corticali, filogeneticamente più antichi, che circondano ad anello il tronco encefalico e comprende l'amigdala, l'ippocampo, i corpi mammillari ed il giro del cingolo o cingolato (immagine). Il sistema limbico è un circuito costituito da un insieme di centri corticali e subcorticali fra loro interconnessi da proiezioni di fasci di fibre nervose (tra cui le più importanti sono la fornice che unisce ippocampo e diencefalo e la stria terminale che collega l'amigdala all'ippocampo) che trasportano specifici neurotrasmettitori. Notevole è l'importanza dell'insieme ipotalamo-sistema limbico relativamente a numerose funzioni vitali dell'organismo.
Il telecenfalo, considerato dai fisiologici e dai neuroclinici il "cervello" in senso stretto, è la parte di gran lungo più voluminosa dell'encefalo e ricopre tutte le precedenti strutture. Il telencefalo risulta diviso in due emisferi (destro e sinistro) uniti tra loro profondamente, all'interno della scissura interemisferica (in cui penetrano le meningi), da fasci di fibre nervose che formano un nucleo di sostanza bianca chiamato corpo calloso. Ogni emisfero è diviso in 4 lobi (frontale, parietale, temporale e occipitale) in cui si identificano aree (aree di proiezione) con funzioni motorie o sensitive prevalentemente specifiche.
La parete degli emisferi cerebrali è la corteccia cerebrale costituita da sostanza grigia ricca di neuroni che riveste la sostanza bianca formata da fibre nervose (assoni). Per far fronte all'aumento del numero delle cellule cerebrali nel corso dello sviluppo evolutivo (nell'uomo sono ca. 10 miliardi), la corteccia cerebrale, come nel cervelletto, ha dovuto ripiegarsi su se stesso, formando le circonvoluzioni (nel regno animale è possibile dimostrare che all'aumentare delle capacità intellettive corrisponde un aumento della complessità delle circonvoluzioni cerebrali).
L'organizzazione dell'encefalo non si differenzia in modo sostanziale da quella del midollo spinale ma solo nel telencefalo e nel cervelletto è la sostanza grigia (corpi di cellule nervose e fibre nervose amieliniche) a circondare la bianca (fibre nervose mieliniche). Il vantaggio di questo tipo di organizzazione, rispetto a quallo presente nel midollo spinale e nel troncoencefalo (sostanza bianca all'esperno e grigia all'interno), è di consentire vie di collegamenti più brevi (questo vantaggio è sfruttato anche nei computer moderni in cui le chips sono poste esternamente e il cablaggio internamente). Analogamente al cervelletto, all'interno della sostanza bianca, in profondità, sono situati i nuclei della base (globo pallido, sostanza nera, putamen e nucleo caudato; quest'ultimi due spesso compresi nel "corpo striato").
Quanto più una porzione cerebrale è recente, tanto più complesse sono le sue funzioni. Il midollo allungato contiene i centri vegetativi vitali (in particolare repiratori e circolatori) e collabora strettamente con il ponte, il cervelletto e il mesencefalo in quella che sembra essere la loro funzione principale ovvero la regolazione dell postura in statica e in movimento (situazione simile è presente nei vertebrati inferiori). La formazione reticolare disseminata nel tronco encefalico funge da sistema relativamente autonomo capace di influenzare le strutture nervose di tutto l’asse cerebrospinale: attraverso vie nervose discendenti regola funzioni somatiche e vegetative quali tono posturale, attività motoria, respiro, pressione arteriosa, frequenza cardiaca, tramite le vie nervose ascendenti, le quali raggiungono diencefalo e corteccia cerebrale, modula il flusso degli impulsi provenienti dai recettori sensoriali e provvede ad attivare la corteccia cerebrale mantenendo lo stato di attenzione e veglia.
Il talamo è il centro riflesso delle emozioni che provocano il pianto e il riso controllandone la motilità relativa e la sensibilità degli imput ricevuti dai recettori periferici. L'ipotalamo e il sistema limbico, con il quale è funzionalmente e strutturalmente collegato, presiedono a quei meccanismi vitali che hanno lo scopo di mantenere costanti le condizioni dell'ambiente interno (omeostasi) e di provvedere alla conservazione dell'individuo e della specie, esercitando il controllo sulle sue emozioni e sulla sessualità: regolazione del sistema nervoso autonomo e dell'apparato endocrino, della temperatura corporea, del ciclo sonno/veglia, della frequenza cardiaca, della pressiona arteriosa, dell'osmolarità del sangue, dell'assunzione di cibo e acqua, della secrezione, acida dello stomaco, del metabolismo dei glicidi e dei grassi, delle emozioni e delle funzioni sessuali. L'ippocampo e' inoltre importante per l'apprendimento e la memoria. La caratteristica peculiare dell'ipotalamo è quella di ricevere degli imput direttamente dall'esterno del cervello. L'ipotalamo infatti riceve direttamente il segnale luce-buio (tratto retino-ipotalamico) e quello olfattivo (via olfattiva basale), in più, esso costituisce, tramite un fascio di fibre nervose e una rete di vasi sanguinei (eminenza mediana dell'ipotalamo) che, come accade anche per gli altri organi circumventricolari, non presentano la barriera emato-encefalica, la parte posteriore della ghiandola endocrina ipofisi, detta neuroipofisi. La neuroipofisi è così formata dai prolungamenti assonici di neuroni il cui corpo cellulare è sito nei nuclei sovraottico e paraventricolare dell’ipotalamo. La neuroipofisi risulta quindi essere in realtà non una ghiandola ma un organo nervoso a tutti gli effetti, un'estroflessione cerebrale formata da tessuto nervoso. Più precisamente la neuropifisi è un organo "neuroemale" in quanto i neurotrasmettitori secreti a livello delle sue sinapsi terminali invece di stimolare il neurone successivo (come accade nelle sinapsi propriamente dette), si riversano nel sangue generando una risposta più generalizzata. Questo collegamento diretto sistema nervoso centrale-apparato endocrino (sistema neuroendocrino) assume grande rilievo nella regolazione generale dei processi vitali. L'ipotalamo inoltre è esso stesso anche una ghiandola endocrina i cui ormoni, agenti sull'adenoiposi (fattori ipotalamici), creano con essa un doppio legame: strutturale (neuroipofisi) e umorale, tramite ormoni (adenoipofisi). Ulteriori ormoni secreti dalla neuroipofisi sono l’ADH (ormone antidiuretico) e l’ossitocina. L'ipotalamo grazie alle sue connessioni con la neocorteccia, col sistema limbico, con la sostanza reticolare, col sistema nervoso vegetativo e col sistema endocrino è considerato da molti studiosi la struttura limite tra somatico e psichico, quella cioè in grado di commutare il segnale pschico in chimico e viceversa. E' grazie all'ipotalamo che gli aspetti mentali, emotivi e istintivi trovano espressione nel soma.
Nel telencefalo, infine, hanno sede le funzioni cerebrali "superiori" quali il pensiero, il linguaggio, la programmazione motoria ecc.

Il canale formato dalle vertebre costituisce un'importante protezione per il delicato midollo spinale (che insieme all'encefalo costituisce il sistema nervoso centrale). Racchiuso nel sacco durale meningeo, Il midollo spinale ha forma cilidrica, con diametro medio 8-10 mm, e si estende dal grande forame occipitale (base cranio, corpo della prima vertebra cervicale o atlante), continuandosi dal midollo allungato, a circa la prima o seconda vertebra lombare (non occupa quindi il canale vertebrale per tutta la sua lunghezza) anche se a livello sacrale è presente il midollo sacrale con struttura simile. Qui il midollo spinale termina a forma di cono (cono midollare) e prosegue caudalmente, quale sottile struttura fibrovascolare circondata dai nervi della cauda equina (filo o filum terminale), ancorandosi al coccige (oltre che dal filum terminale, il midollo spinale è mantenuto in posizione fisiologica dai legamenti dentati che lo connettono bilateralmente al sacco durale).
Al pari della colonna vertebrale, il midollo spinale è diviso in segmenti (segmenti midollari). Sezionando trasversalmente uno di questi segmenti, si trova una disposizione opposta a quella di cervello e cervelletto e uguale a quella del tronco encefalico. Infatti, nel midollo spinale la sostanza grigia è all'interno e la sostanza bianca all'esterno. La sostanza grigia del midollo spinale, composta soprattutto dai corpi delle cellule nervose (neuroni), ha una forma che ricorda una farfalla. Questi ammassi di corpi cellulari rappresentano i nuclei spinali.
Nelle ali anteriori, dette corna anteriori, sono presenti, tra l'altro, i corpi cellulari dei motoneuroni alfa e gamma (classificazione delle fibre nervose), che innervano la muscolatura scheletrica. Gli assoni di questi neuroni fuoriescono dal midollo spinale, avvolti in una spessa guaina mielinica bianca, tramite le radici anteriori. La radice anteriore è pertanto motoria ossia contiene fibre motrici somatiche (volontarie) ed effettrici viscerali. A livello delle corna anteriori arrivano i segnali motori derivanti dalla corteccia cerebrale e dal tronco encefalico (nuclei vestibolari).
Le ali posteriori, corna posteriori, si estendono fino all'imbocco delle radici posteriori, dove si raccolgono, in un ganglio spinale, le fibre sensitive (sensibilità estero-propriocettiva). La radice posteriore è quindi sensitiva e contiene fibre afferenti, somatiche e viscerali. Qui terminano anche gli assoni deputati alla soppressione del dolore provenienti dal tronco encefalico. Secondo la teoria del "gate control" il neurotrasmettitore delle fibre del tatto, encefalina, inibisce la trasmissione sinaptica bloccando la percezione del dolore; stimoli emotivi intensi (shock) e stimoli tattili (digitopressione, agopuntura) possono così rendere temporaneamente insensibili al dolore.
I corni laterali (nucleo intermedio laterale) sono piccole sporgenze a metà strada tra corna anteriore e posteriore. Le loro cellule, tramite le radici anteriori, inviano assoni agli organi innervati dal sistema nervoso vegetativo. Da questa colonna grigia laterale, nascono alcune fibre di natura ortosimpatica (nel tratto toracico del midollo spinale), e parasimpatica (a livello del midollo sacrale).
Al centro della sostanza grigia vi è un sottile canale centrale (rivestito da epitelio ependimale e in cui può essere presente liquor cerebrospinale) che è un residuo embrionale e non di rado è occluso o dilatato in cisti.
Immediatamente adiacenti alla sostanza grigia decorrono brevi fasci di fibre nervose, detti fasci fondamentali, che collegano 4-5 segmenti midollari confinanti circondando, come un sottile mantello, l'intera sostanza grigia. Essi provvedono a schemi di riflessi spinali complessi ovvero che non riguardano la muscolatura di un unico segmento (riflessi polisegmentali); tramite i riflessi spinali, ogni singolo segmento mdollare ha la capacità di controllare autonomamente funzioni motorie specifiche che richiedono rapidità di risposta.
La massa della sostanza bianca è invece formata da lunghi fasci midollari ascendenti e discendenti che collegano encefalo e midollo spinale. Questi fasci decorrono in tre cordoni a destra e tre a sinistra, separati fra loro dalla fessura centrale midollare, dal corno posteriore e da quello anteriore. L'ordine per una contrazione muscolare di precisione (ad esempio riguardanti movimenti delle dita della mano) viaggia lungo fibre che provengono dall'area motoria primaria encefalica attraverso la via piramidale ossia tramite il fascio del midollo spinale (fascio corticospinale) e lungo il fascio corticonucleare diretto ai nuclei dei nervi cranici del tronco encefalico. Il 90% delle fibre del fascio piramidale si incrocia nel midollo allungato, passando dal lato opposto (decussazione), e discende nella compagine del fascio corticospinale laterale. Il restante 10% non si incrocia nel midollo allungato e decorre nel fascio corticospinale anteriore, incrociandosi immediatamente prima dell' entrata nella sostanza grigia delle corna anteriori. Le fibre di entrambi i fasci terminano direttamente (meno di 1/3) oppure tramite un interneurone sulle cellule motorie delle corna anteriori, formando una sinapsi col motoneurone alfa e attivando in tal modo un riflesso spinale.
Encefalo e midollo spinale formano il sistema nervoso centrale.

Ciascun segmento midollare emette, uno a destra e uno a sinistra, attraverso il foro di coniugazione o intervertebrale formato da due vertebre adiacenti, i nervi spinali che presentano la confluenza di una radice anteriore (ventrale), da cui partono fibre efferenti (motorie somatiche ed effettrici viscerali) con destinazione l'organo effettore, ghiandola o muscolo, e una posteriore (dorsale), a cui giungono fibre afferenti sensitive (somatiche e viscerali), derivanti dai recettori sensoriali. Tutti i nervi spinali quindi risultano misti ossia composti da una componente motoria e una sensitiva.
Appena fuori dal foro di coniugazione ogni nervo spinale si divide in 2 rami (entrambi sempre sia motori che sensitivi). Il ramo posteriore (dorsale) non presenta fibre visceromotrici e innerva, dal punto di vista motorio, la muscolatura spinale e, dal punto di vista sensitivo, la regione cutanea del dorso. Il ramo anteriore (ventrale) del nervo spinale costituisce la porzione più voluminosa e funzionalmente importante. Esso possiede fibre somatomotrici e visceromotrici, somatosensitive e viscerosensitive e da esso partono due diramazioni (dx e sx), o rami comunicanti (fibre simpatiche pregangliari), che terminano in un ganglio simpatico per poi interessare i relativi organi bersaglio. I rami anteriori dei nervi toracici percorrono isolatamente i rispettivi spazi intercostali, quali nervi intercostali mentre gli altri rami anteriori si intrecciano e anastomizzano tra loro formando 6 plessi nervosi: plesso nervoso cervicale, brachiale, lombare, sacrale, coccigeo, pudendo.
Le fibre somatiche motrici e sensitive del ramo anteriore innervano muscoli e pelle degli arti e della superficie antero-laterale del corpo.
Tutte le parti del corpo, a eccezione del viso, del tratto gastrointestinale e di parti della muscolatura cervicale (zone innervate dai nervi cranici), sono innervate dai nervi spinali somatici (volontari).
A differenza della colonna vertebrale, il midollo spinale è dotato di 8 segmenti cervicali (invece di 7). I 12 segmenti toracici, 5 lombari, 5 sacrali e 1-2 coccigei sono invece in numero corrispondente alle relative vertebre. I nervi spinali cervicali fuoriescono dal foro di coniugazione superiore alla vertebra corrispondente, fatta eccezione dei due dell'VIII segmento (C8 dx e C8 sn) che escono da quello inferiore, così come accade per tutti i restanti segmenti. Affinchè ciò accada, essendo il midollo spinale più corto rispetto al canale vertebrale (a partire dal quarto mese di vita fetale il rachide si sviluppa più rapidamente del midollo spinale), le radici nervose dei segmenti lombari, sacrali e coccigei divengono sempre più distese verso il basso, formando così un fascio di sottili fibre nervose pressochè parallele che ricordano la coda di un cavallo (da cui la denominazione di cauda equina).
I nervi spinali e i nervi cranici costituiscono i nervi encefalospinali. Essi insieme ai relativi gangli formano il sistema nervoso periferico.

ll sistema nervoso periferico è composto da tutti i nervi (cranici e spinali) e i relativi gangli presenti all’esterno del sistema nervoso centrale (SNC). Il sistema nervoso periferico trasporta, tramite le fibre nervose afferenti, l’informazione sensoriale (estero-propriocettiva) al SNC, e, per mezzo delle fibre nervose efferenti (effettrici, motrici), i comandi dal SNC agli organi e tessuti. I corpi delle cellule nervose sono raggruppati nei gangli nervosi del sistema nervoso periferico e nei nuclei del midollo spinale e dell'encefalo, che costituiscono dei pool neuronali con specifiche caratteristiche di organizzazione ed elaborazione dei segnali.
Il sistema nervoso periferico viene suddiviso in sistema nervoso somatico (o volontario) e il sistema nervoso autonomo (o vegetativo o viscerale o involontario). Entrambi vengono controllati e coordinati dal sistema nervoso centrale. La classica netta separazione tra il sistema nervoso vegetativo, considerato come controllore delle funzioni viscerali in maniera indipendente dalla nostra volontà, e il sistema nervoso volontario, controllato dalla ns. volontà, è oggi sempre più messa in discussione.

Il sistema nervoso periferico volontario o somatico consiste nella componente del sistema nervoso periferico che controlla i muscoli scheletrici (muscoli definiti volontari) e quindi principalmente i gesti motori. I corpi cellulari dei motoneuroni del sistema nervoso somatico si trovano nella sostanza grigia del midollo spinale e gli assoni raggiungono direttamente i muscoli scheletrici, con i quali si connettono tramite speciali sinapsi (placche motrici). Diverso è invece il discorso per le vie afferenti.

Il sistema nervoso periferico vegetativo (autonomo, involontario, viscerale) - SNA rappresenta la porzione del sistema nervoso periferico che innerva le ghiandole, la muscolatura cardiaca e quella liscia di organi e vasi sanguigni, interessando, in tal modo, le funzioni del corpo normalmente sotto controllo inconscio (ritmo cardiaco e circolazione sanguigna, respirazione, digestione ecc.). Il sistema nervoso vegetativo (autonomo) è composto sia da fibre nervose efferenti (motrici) che afferenti (sensoriali); il 75% delle fibre del nervo vago sono afferenti. Nel sistema nervoso autonomo la via efferente è sempre costituita da due neuroni (a differenza di quella del sistema nervoso volontario che è costituita da un solo motoneurone): un neurone pregangliare col corpo cellulare posto nel sistema nervoso centrale e un neurone postgangliare, con il corpo cellulare al di fuori di esso, in un ganglio o nella parete dell'organo innervato.
Il sistema nervoso vegetativo si divide in simpatico o ortosimpatico (toraco-lombare), parasimpatico (cranio-sacrale e metasimpatico (enterico).
Il sistema nervoso ortosimpatico (simpatico o toraco-lombare) (parte del sistema nervoso vegetativo o autonomo, a sua volta rientrante nel sistema nervoso periferico) è composto da un'unità centrale di controllo, l'ipotalamo e dai relativi corpi neuronali, fibre nervose (efferenti e afferenti) e dai relativi gangli. Il sistema nervoso simpatico presenta coppie di neuroni efferenti (motrici, effettori) posti consecutivamente (I e II neurone). Il primo neurone effettore (pregangliare), localizzato nel corno laterale dei segmenti spinali che vanno dalla prima vertebra toracica (T1) alla seconda lombare (L2), emette un assone che si diparte, attraverso la radice anteriore del midollo spinale, insieme al nervo spinale (ramo anteriore), da cui si divide appena fuori dal foro di coniugazione spinale (foro intervertebrale) dirigendosi, come breve ramo comunicante bianco (fibre pregangliari mieliniche), al ganglio della catena dell'ortosimpatico del segmento spinale corrispondente (ganglio laterovertebrale o paravertebrale) o, quali nervi splancnici (viscerali), ai gangli prevertebrali (ad es. mesenterici e celiaco) posti frontalmente alla colonna vertebrale. I gangli paravertebrali formano le catene (o tronchi) dell'ortosimpatico che appaiono come due fili di perle poste parallelamente, una destra e l'altra a sinistra, lungo tutta la colonna vertertebrale. Tali gangli (le "perle") sono connessi fra di loro da sottili fasci nervosi e ciò consente a una fibra pregangliare di prendere contatti anche con altri segmenti, sia superiori che inferiori. A livello dei gangli paravertebrali e prevertebrali, le fibre pregangliari contraggono sinapsi con i corpi cellulari del II neurone (neurone postgangliare); da qui quindi partono le fibre nervose amieliniche (assoni) postgangliari che raggiungono gli organi bersaglio seguendo i vasi arteriosi vicini (rami vascolari) o vanno distalmente tornando al nervo spinale (rami comunicanti grigi).
Diversamente da ciò che accade di norma, la porzione midollare delle surrenali (due piccole ma importantissime ghiandole endocrine poste ognuna sopra il polo superiore dei reni), oltre a presentare una componente nervosa esclusivamente simpatica, viene innervata, attraverso i nervi splancnici (viscerali), da fibre nervose pregangliari del simpatico che non si interrompono, ovvero che non formano sinapsi con i gangli della catena paravertebrale o prevertebrali dell'ortosimpatico, connettondosi direttamente a un determinato gruppo di cellule della midollare, cellule cromaffini (formando in sostanza un ganglio interno), stimolandole a produrre le catecolamine adrenalina, noradrenalina e, in minima quantità, dopamina. Ci troviamo qui di fronte a una via direttissima che collega il cervello, tramite il sistema nervoso simpatico, alle surrenali. La visione del pericolo, infatti, mette in funzione questa via immediata (fase di allarme della reazione di stress), inducendo a produrre, da parte delle cellule della midollare del surrene, una miscela “allarmante” composta per l’80% di adrenalina e il 20% di noradrenalina, in quantità dieci volte maggiore del normale. Se però il pericolo perdura (fase di resistenza della reazione di stress), allora entreranno in scena ulteriori significativi cambiamenti (attivazione asse HPA) che coinvolgeranno ancora una volta le surrenali (questa volta la zona corticale), organi primari della reazione di stress.
Gli effetti del sistema nervoso ortosimpatico sono facilmente comprensibili se interpretati in relazione alla "reazione di attacco o difesa" (stress fisico e psichico): aumentano della frequenza cardiaca, della pressione arteriosa, della ventilazione (con dilatazione dei bronchi), del tono dei muscoli scheletrici, dilatazione delle arterie coronariche e dei vasi dei muscoli scheletrici, contrazione dei vasi sanguigni periferici (cute) e degli organi viscerali (tranne cuore e polmoni), dilatazione delle pupille e accomodamento per la visione lontana (tramite rilassamento del muscolo ciliare), rallentamento dei processi digestivi e dell'attività del sistema immunitario, "annebbiamento" dell'attività cognitiva ecc. (schema reazione di stress). ll sistema nervoso parasimpatico è suo antagonista contrastandone e bilanciandone gli effetti.
Le fibre pregangliari ortosimpatiche utilizzano come neurotrasmettitore l'acetilcolina e il peptide vasointestinale (VIP), quelle postgangliari la noradrenalina, l'adrenalina, la dopamina (prodotte dalla midollare del surrene sotto lo stimolo dall'acetilcolina) e il neuropeptide Y (NPY); il sistema nervoso simpatico è noto anche come sistema adrenergico.
Come il sistema simpatico, anche il sistema nervoso parasimpatico (o cranio-sacrale) rientra nel sistema nervoso vegetativo o autonomo del sistema nervoso periferico ed è regolato dall'ipotalamo. Anatomicamente è situate nelle zone del canale vertebrale non occupate dall'ortosimpatico ossia il tronco encefalico e il midollo sacrale. Il midollo sacrale, come il midollo spinale propriamente detto, è racchiuso nel sacco durale (nel filum terminale) e presenta la sostanza grigia con la classica struttura a farfalla) e rappresenta la sede delle attività riflesse parasimpatiche per la minzione, l'erezione e la motilità anorettale; l'intervento dei centri sovraspinali consente il controllo volontario di tali attività riflesse. L'innervazione parasimpatica pertanto decorre lungo i nervi cranici, di cui il X o nervo vago innerva gli organi della cavità toracica e addominale (quasi esclusivamente dipendenti da questo nervo) mentre i restanti raggiungono gli organi cranici, e lungo gli assoni dei neuroni parasimpatici presenti nei corni laterali dei segmenti spinali che vanno dalla seconda alla quarta vertebra sacrale (S2-S4). Questi ultimi decorrono poi quasi tutti nel nervo pudendo innervando organi genitali, vescica e intestino retto.
Tutti i nervi parasimpatici contengono lunghe fibre pregangliari (che utilizzano come neurotrasmettitori l'acetilcolina e il peptide vasointestinale VIP) in quanto, a differenza del sistema nervoso ortosimpatico, i gangli parasimpatici sono situati in prossimità o all'interno degli organi innervati.
Sotto il dominio del sistema parasimpatico dimorano il rilassamento, il riposo, la rigenerazione, la digestione (aumento delle secrezioni digestive, della peristalsi ecc.), l'immagazzinamento di energia ecc. ("rest and digest"). Pertanto l'azione del parasimpatico si contrappone a quella del simpatico, il più delle volte, all'interno di un raffinato bilanciamento avente come obiettivo l'omeostasi.
La maggior parte degli organi è innervata da entrambe le componenti del sistema nervoso vegetativo (ortosimpatica e parasimpatica). Vi sono però alcune parti del corpo che ricevono un’innervazione esclusivamente simpatica. Tra queste vi è il fegato e la porzione midollare delle surrenali (due piccole ma importantissime ghiandole endocrine poste ognuna sopra il polo superiore dei reni).
Oltre a presentare nervi misti (il nervo vago è composto per il 75% da fibre nervose sensoriali), il sistema nervoso vegetativo invia al midollo spinale sensazioni quali, per esempio, dolore, stato di riempimento dello stomaco e della vescica ecc. Tali fibre nervose arrivano normalmente alla radice posteriore del midollo spinale, tramite le vie afferenti, non distinguendosi però in ortosimpatiche o parasimpatiche. Pertanto, poichè nei segmenti del midollo spinale convergono afferenze della sensibilità dolorifica degli organi interni e afferenze cutanee, il dolore viscerale può essere proiettato e quindi percepito sulle aree cutanee, dermatomeri, del relativo segmento midollare (cuore-faccia interno braccio sinistro, cistifellea-addome superiore destro, pancreas-addome sinistro ecc.).
Descrivendo il sistema nervoso autonomo (vegetativo) occorre ricordare l'esistenza di una terza componente vegetativa: il sistema nervoso metasimpatico (enterico), importante quanto le altre due (ortosimpatica e parasimpatica). Il sistema nervoso metasimpatico è presente all'interno delle pareti dell'intestino e dello stomaco come rete nervosa formata da circa cento milioni di neuroni, collegata alle fibre nervose ortosimpatiche e parasimpatiche (plesso sottomucoso di Meissner e motorio mienterico di Auerbach). Tale sistema nervoso enterico innerva il tratto gastro-intestinale, la colecisti e il pancreas. Ricerche recenti hanno potuto affermare che questa rete svolge un ruolo in gran parte indipendente dal sistema nervoso centrale (SNC). Data l'importanza attruibuita dai fisiologi a tale struttura, essa viene definita come "cervello addominale o "cervello enterico". E' chiaro, data la grande attiguità, che l'alimentazione avrà sul sistema metasimpatico una grossa influenza.
In conclusione, oggi, grazie all'avvento della psiconeuroimmunologia, sappiamo che il sistema nervoso costituisce una fittissima rete di comunicazione (solo nel cervello vi sono 10 miliardi di neuroni) diffusa in tutto il corpo e strettamente interconnessa con due altri importanti sistemi di regolazione dell'organismo: il sistema endocrino e il sistema immunitario. Al contempo, anatomia e fisiologia del sistema nervoso dipendono in modo importante dal sistema connettivo.

Essendo le retine oculari estensioni del sistema nervoso centrale, va qui considerata anche la barriera emato-retinica, facente parte della barriera emato-oculare e consistente in un endotelio monostrato continuo e con giunzioni occludenti (tight junction) con all'esterno un epitelio pigmentato (barriera emato-oculare esterna). La barriera emato-retinica regola il passaggio di molecole dai vasi retinici (coriocapillari) alla retina (la retinopatia diabetica consiste nell'indebolimento fino al collasso della barriera emato-retinica).
Pertanto le barriere emato-encefalica, emato-liquorale ed emato-retinica assicurano l'omeostasi dei liquidi extracellulari nei quali operano e vivono i neuroni.