Các tế bào thần kinh chỉ có thể được nhìn thấy bằng kính hiển vi, được chia thành ba phần:

• Thân tế bào: là chỗ phình to của neuron. Bao gồm nhân tế bào, lưới nội sinh chất, ty thể, ribosom, lysosom, bộ máy Golgi, tơ thần kinh, ống siêu vi và các bào quan khác. Thân tế bào cung cấp dinh dưỡng cho neuron, có thể phát sinh xung động thần kinh và có thể tiếp nhận xung động thần kinh từ nơi khác truyền tới neuron.
• Sợi nhánh, còn gọi là đuôi gai: là các tua ngắn mỏng manh mọc ra từ thân tế bào. Mỗi neuron đều có nhiều đuôi gai, mỗi đuôi gai được chia thành nhiều nhánh. Chúng có chức năng tiếp nhận các xung thần kinh từ tế bào khác, truyền chúng tới thân tế bào. Đây là tín hiệu hướng tâm. Tác động của các xung này có thể là kích thích hoặc ức chế.
• Sợi trục: sợi đơn dài mang thông tin từ thân tế bào và chuyển đến các tế bào khác. Đường kính của các sợi trục thường có kích thước khác nhau, dao động từ từ 0,5 μm – 22 μm. Dọc sợi trục được bao bọc bởi một lớp vỏ myelin, tạo thành bởi các tế bào Schwann. Bao myelin không liền mạch mà được chia thành từng đoạn. Giữa các bao myelin là các eo Ranvier. Khoảng cách giữa 2 eo Ranvier khoảng 1,5 – 2 mm. Còn diện tích tiếp xúc giữa các nhánh nhỏ phân từ cuối sợi trục của nơ-ron này với sợi nhánh của nơ-ron khác hoặc các cơ quan thụ cảm được gọi là Synapse (khớp thần kinh).