Funcția neuronilor din creier este de a procesa inputurile interne și externe primite de corpul uman și de a se asigura că organismul continuă să funcționeze corect. Neuronii individuali nu îndeplinesc această funcție pe cont propriu, dar colectivul de neuroni care lucrează împreună în creier se ocupă de toți stimulii care vin din interiorul și din exteriorul corpului. Fiecare neuron este o celulă excitabilă electric care transmite informații altor neuroni prin semnale chimice și electrice, iar semnalele combinate ale grupurilor de neuroni din creier permit răspunsuri procesate cu atenție la intrare.
Când transferă semnale între ei, neuronii din creier se bazează atât pe date chimice, cât și pe date electrice. Semnalele chimice sunt transmise între neuroni prin intermediul neurotransmițătorilor, care sunt molecule mici care se deplasează de la un neuron la altul pentru a continua o cale. Semnalele electrice transmit date prin neuroni înșiși, călătorind de la originea lor în receptori numiți dendrite până ajung la capătul neuronului, unde trebuie să preia semnalizarea chimică. Multe tulburări umane, unele tratabile, iar altele debilitante, sunt rezultatul unor erori în transmiterea semnalelor electrice sau chimice între neuronii din creier.
Toți neuronii din creier sunt similari din punct de vedere structural, deși diferite regiuni ale creierului pot avea structuri neuronale ușor diferite. Diferitele structuri conferă grupurilor specifice de neuroni capacități speciale, motiv pentru care diferite zone ale creierului sunt specializate pentru diferite sarcini. De exemplu, cortexul vizual gestionează inputul de la ochi, iar cortexul motor se ocupă de mișcare. Fiecare zonă a creierului este specializată pentru ceva, iar diferitele zone ale creierului lucrează adesea împreună în sarcini de rutină. Există o concepție greșită comună în cultura populară că oamenii folosesc doar o mică parte din creierul lor, dar acest lucru nu este adevărat; întregul creier este folosit în mod constant zilnic.
Știința a arătat că neuronii din creier sunt mult mai adaptabili decât se credea anterior. Timp de mulți ani, s-a crezut că, dacă s-ar produce vreo deteriorare a creierului, funcția acelor neuroni afectați s-ar pierde definitiv și ireversibil. O multitudine de studii mai recente au arătat că creierul prezintă capacitatea de a redirecționa funcțiile prin căi neuronale alternative, cunoscute sub numele de plasticitate. Unii oameni cu leziuni ale centrilor vizuali ai creierului pot vedea în continuare, iar unii oameni cu jumătate din creier lipsă pot funcționa relativ normal.