Ένα νευρικό μονοπάτι συνδέει περιοχές του εγκεφάλου μεταξύ τους ή μεταφέρει πληροφορίες από το περιφερικό νευρικό σύστημα στον εγκέφαλο. Δύο μεγάλες κατηγορίες νευρικών οδών μεταδίδουν την αίσθηση στον εγκέφαλο ή μεταφέρουν σήματα για κίνηση από το σώμα στο σώμα. Και οι δύο αποτελούνται από μακριές, μονωμένες νευρικές ίνες που επικοινωνούν ηλεκτρικά ή από χημικό νευροδιαβιβαστή. Τα μονοπάτια αντανακλαστικών της σπονδυλικής στήλης είναι τοπικά μονοπάτια που παρέχουν γρήγορες απαντήσεις σε ξαφνικά ερεθίσματα χωρίς ανάδραση από τον εγκέφαλο.
Οι μακροχρόνιοι νευράξονες που περιλαμβάνουν νευρική οδό ονομάζονται λευκή ύλη λόγω της μονωτικής τους ουσίας, της μυελίνης. Αυτή η μόνωση βελτιώνει την ηλεκτρική ταχύτητα αγωγιμότητας στις αποστάσεις που καλύπτουν οι άξονες στο σώμα. Στον εγκέφαλο, μπορεί να εμφανιστούν τοπικές συνδέσεις μεταξύ μη μυελωμένων νευρωνικών κυττάρων, που ονομάζεται γκρίζα ύλη. Ορισμένα νευρικά μονοπάτια είναι στην πραγματικότητα διακριτές ίνες που εξυπηρετούν διαφορετικές λειτουργίες, όπως με το κορμό του σώματος, το οποίο συνδέει πολλές περιοχές του δεξιού και αριστερού ημισφαιρίου του εγκεφάλου.
Ορισμένα αντανακλαστικά μονοπάτια λειτουργούν χωρίς τον εγκέφαλο. Στο αντανακλαστικό γόνατος, ένας αισθητήριος νευρώνας που προέρχεται από το γόνατο συνάπτει με έναν κινητικό νευρώνα στο νωτιαίο μυελό, ο οποίος προκαλεί τη συστολή ενός μυός στο ένα πόδι και τον ίδιο μυ που χαλαρώνει στο αντίθετο πόδι. Η διαδικασία συμβαίνει πιο γρήγορα από ό, τι θα συνέβαινε εάν μεσολαβούσε ο εγκέφαλος. Τα πιο πολύπλοκα νευρικά μονοπάτια δεν είναι πραγματικά αντανακλαστικά, αλλά αντ ‘αυτού λαμβάνουν ανατροφοδότηση από τις υψηλότερες περιοχές του εγκεφάλου, όπως ο εγκεφαλικός φλοιός. Αυτό επιβραδύνει τον ρυθμό που μεταδίδουν σήματα μέσα από αυτά.
Ένα αισθητήριο νευρικό μονοπάτι μεταδίδει την αίσθηση από το σώμα στον εγκέφαλο, ενώ τα μονοπάτια μεταφέρουν οδηγίες από τον εγκέφαλο στους μυς που ελέγχουν την εθελοντική κίνηση. Ένα κινητικό νευρικό μονοπάτι είναι ο φλοιώδης ή πυραμιδικός σωλήνας. Τρέχοντας από την κινητική περιοχή του φλοιού στον νωτιαίο μυελό, η πυραμιδική οδός στη συνέχεια διασχίζει δύο ξεχωριστές οδούς που η κάθε μία ελέγχει την κίνηση στο μισό του σώματος. Η φλοιώδης οδός μετριάζει την εκούσια κίνηση των μυών του προσώπου και περνάει από τον φλοιό στους πυρήνες του στελέχους του εγκεφάλου που ελέγχουν τα κρανιακά νεύρα του προσώπου. Η τοξοειδής διαδρομή συνδέει τους νευρώνες που επεξεργάζονται την αναγνώριση ομιλίας με εκείνους που χρειάζονται για να μιμηθούν τους ήχους φωνητικά.
Μέσα στον εγκέφαλο, ορισμένα μονοπάτια λειτουργούν μέσω ενός συγκεκριμένου χημικού αγγελιοφόρου, που ονομάζεται νευροδιαβιβαστής. Για παράδειγμα, η ντοπαμίνη χρησιμοποιείται σε πολλές οδούς για να επηρεάσει τα κίνητρα, την ανταμοιβή και τον λεπτό κινητήρα, μεταξύ πολλών άλλων λειτουργιών. Η ντοπαμίνη είναι ο νευροδιαβιβαστής της μεσοφλοιώδους νευρικής οδού που ρυθμίζει τη συμπεριφορά ανταμοιβής από τον μεσαίο εγκέφαλο στους μετωπικούς λοβούς του εγκεφαλικού φλοιού. Δεδομένου ότι η νιγροστριατική οδός που βασίζεται σε ντοπαμίνη βοηθά τις λεπτές κινήσεις, συχνά πάσχει από κινητικές διαταραχές όπως η νόσος του Πάρκινσον.