Ένα αισθητήριο σύστημα είναι το τμήμα του νευρικού συστήματος που αποτελείται από νευρικές οδούς, αισθητήριους υποδοχείς και τμήματα του εγκεφάλου που επεξεργάζονται αισθητηριακές πληροφορίες. Οι αισθητήριοι υποδοχείς αναγνωρίζουν ερεθίσματα τόσο από το εσωτερικό όσο και από το εξωτερικό περιβάλλον, τα νευρικά μονοπάτια μεταφέρουν πληροφορίες από τα ερεθίσματα στον εγκέφαλο και ο εγκέφαλος επεξεργάζεται τις πληροφορίες. Το ανθρώπινο αισθητήριο σύστημα υποδιαιρείται περαιτέρω σε σωματοαισθητικό σύστημα, οπτικό σύστημα, ακουστικό και αιθουσαίο σύστημα, γευστικό σύστημα και οσφρητικό σύστημα.
Οι αισθητήριοι υποδοχείς είναι εξειδικευμένες νευρικές απολήξεις που κωδικοποιούν τον τύπο, τη χωρική τοποθεσία, την ένταση, τη διάρκεια, το κατώφλι και τη συχνότητα των ερεθισμάτων. Τα ερεθίσματα μπορεί να προέρχονται από το εσωτερικό ή το εξωτερικό περιβάλλον και διεγείρουν τους αισθητήριους υποδοχείς. Οι αισθητήριοι υποδοχείς ταξινομούνται ανάλογα με τον τύπο του ερεθίσματος στον οποίο ανταποκρίνονται. Στους ανθρώπους, οι διαφορετικοί τύποι αισθητηριακών υποδοχέων στο σωματοαισθητικό σύστημα περιλαμβάνουν τους μηχανοϋποδοχείς, τους θερμοϋποδοχείς, τους νευροϋποδοχείς και τους υποδοχείς τεντώματος των μυϊκών ατράκτων. Τα αισθητήρια συστήματα για την όραση, την ακοή και την ισορροπία, τη γεύση και την όσφρηση, το καθένα έχει το δικό του σύνολο αισθητηριακών υποδοχέων.
Οι μηχανικοί υποδοχείς ανιχνεύουν αλλαγές στην πίεση ή στην αφή. Οι θερμοϋποδοχείς αναγνωρίζουν τις μεταβολές της θερμοκρασίας. Οι Nociceptors ανιχνεύουν υπερβολική θερμότητα και σοβαρή πίεση που προκαλούν βλάβη στους ιστούς και απελευθέρωση χημικών από κατεστραμμένο ιστό. Οι υποδοχείς τεντώματος των μυϊκών ατράκτων ανιχνεύουν στάση και κίνηση.
Οι φωτοϋποδοχείς βρίσκονται στο οπτικό σύστημα. Περιέχουν φωτοχρωστικές που απορροφούν την ενέργεια του φωτός. Τριχωτά κύτταρα του οργάνου του Corti βρίσκονται στο ακουστικό και αιθουσαίο σύστημα. Ανιχνεύουν κύματα πίεσης από ηχητικά ερεθίσματα, καθώς και αλλαγές στη στάση και την κίνηση. Τα συστήματα γευστικής και οσμής βασίζονται σε χημειοϋποδοχείς που ανιχνεύουν γεύσεις και οσμές, αντίστοιχα.
Αυτοί οι αισθητήριοι υποδοχείς μετατρέπουν τα ερεθίσματα σε ηλεκτρική ενέργεια, η οποία διεξάγεται κατά μήκος των νευρικών οδών. Τα νευρικά μονοπάτια του αισθητηριακού συστήματος είναι προσαγωγικοί νευρώνες που αποκλίνουν και συνάπτονται που μεταφέρουν πληροφορίες, την ηλεκτρική ενέργεια, από ένα μόνο ερέθισμα. Στο σωματοαισθητικό σύστημα, τα πιο σημαντικά νευρικά μονοπάτια είναι η οσφυϊκή στήλη-έσω λεμνικός δρόμος και η σπινοθαλαμική οδός. Μια νευρική οδός στο οπτικό σύστημα περιλαμβάνει ένα οπτικό νεύρο, ενώ εκείνα του ακουστικού και αιθουσαίου συστήματος περιλαμβάνουν το κοχλιακό νεύρο και το αιθουσαίο νεύρο, αντίστοιχα. Οι υποδοχείς του γευστικού συστήματος περιλαμβάνουν νεύρα προσώπου, γλωσσοφάρυγγα και κόλπου που συνάπτονται στον πυρήνα της μοναχικής οδού που βρίσκεται στον εγκέφαλο και τέλος, οι υποδοχείς του οσφρητικού συστήματος περιλαμβάνουν οσφρητικά νεύρα που συνδέονται με οσφρητικά σπειράματα που βρίσκονται στη βάση του κρανίου κοιλότητα, ακριβώς κάτω από τον μετωπιαίο λοβό του εγκεφάλου.
Εκτός από το οσφρητικό σύστημα, τα νευρικά μονοπάτια μεταφέρουν πληροφορίες στον θάλαμο και οι πληροφορίες μεταδίδονται από αυτό στην κατάλληλη θέση στον εγκεφαλικό φλοιό. Οι πληροφορίες από τα οπτικά ερεθίσματα μεταδίδονται στον ινιακό λοβό, ενώ αυτές από τα ακουστικά και τα αιθουσαία ερεθίσματα μεταδίδονται στον κροταφικό λοβό, και το στέλεχος του εγκεφάλου και την παρεγκεφαλίδα, αντίστοιχα. Οι γευστικές και σωματοαισθητικές πληροφορίες του ερεθίσματος μεταδίδονται στον βρεγματικό λοβό. Αν και οι πληροφορίες από τα οσφρητικά ερεθίσματα μπορούν να φτάσουν στον θάλαμο, η νευρική του οδός δεν χρειάζεται να μεταφέρει πληροφορίες στον θάλαμο. Οι πληροφορίες μεταδίδονται απευθείας στον μετωπιαίο λοβό του εγκεφαλικού φλοιού.