Funkcją neuronów w mózgu jest przetwarzanie wewnętrznych i zewnętrznych danych odbieranych przez organizm ludzki i zapewnienie prawidłowego funkcjonowania organizmu. Poszczególne neurony nie pełnią tej funkcji samodzielnie, ale zespół neuronów współpracujących w mózgu obsługuje wszystkie bodźce pochodzące z wewnątrz i z zewnątrz ciała. Każdy neuron jest komórką pobudliwą elektrycznie, która przekazuje informacje do innych neuronów za pomocą sygnałów chemicznych i elektrycznych, a połączone sygnały grup neuronów w mózgu umożliwiają starannie przetworzone odpowiedzi na dane wejściowe.
Podczas przesyłania sygnałów między sobą neurony w mózgu polegają zarówno na danych chemicznych, jak i elektrycznych. Sygnały chemiczne są przekazywane między neuronami za pośrednictwem neuroprzekaźników, które są małymi cząsteczkami, które przemieszczają się z jednego neuronu do drugiego, aby kontynuować ścieżkę. Sygnały elektryczne przesyłają dane przez same neurony, podróżując od ich źródła w odbiornikach zwanych dendrytami, aż do końca neuronu, gdzie musi przejąć sygnalizację chemiczną. Wiele ludzkich zaburzeń, niektóre uleczalne, a inne wyniszczające, jest wynikiem błędów w transmisji sygnałów elektrycznych lub chemicznych między neuronami w mózgu.
Wszystkie neurony w mózgu są strukturalnie podobne, chociaż różne regiony mózgu mogą mieć nieco inne struktury neuronalne. Różne struktury dają określonym grupom neuronów szczególne możliwości, dlatego różne obszary mózgu są wyspecjalizowane do wykonywania różnych zadań. Na przykład kora wzrokowa obsługuje dane wejściowe z oczu, a kora ruchowa obsługuje ruch. Każdy obszar mózgu jest do czegoś wyspecjalizowany, a różne obszary mózgu często współpracują ze sobą w rutynowych zadaniach. W kulturze popularnej panuje błędne przekonanie, że ludzie używają tylko niewielkiej części swoich mózgów, ale tak naprawdę nie jest to prawdą; cały mózg jest konsekwentnie wykorzystywany na co dzień.
Nauka wykazała, że neurony w mózgu są znacznie bardziej przystosowalne, niż wcześniej sądzono. Przez wiele lat uważano, że gdyby doszło do uszkodzenia mózgu, funkcja dotkniętych nim neuronów zostałaby trwale i nieodwracalnie utracona. Wiele nowszych badań wykazało, że mózg wykazuje zdolność do przekierowywania funkcji przez alternatywne ścieżki neuronowe, znane jako plastyczność. Niektóre osoby z uszkodzonymi ośrodkami wzrokowymi mózgu nadal widzą, a niektóre osoby, którym brakuje połowy mózgu, mogą funkcjonować stosunkowo normalnie.