Nöronlar, sinir sisteminde elektrokimyasal sinyaller üreten ve ileten ana hücre tipidir. Nöronlar öncelikle sinaps denilen belirli kavşaklarda nörotransmitterler kullanarak birbirleriyle iletişim kurarlar. Nöronlar genellikle işlevleri ile ilgili birçok şekle sahip olabilir ama çoğu üç ana yapıları paylaşır: bir akson ve bir hücre gövdesinden dışarı uzanan dendritler.
Nöronal hücre gövdesi (soma) hücresel fonksiyon için hayati önem taşıyan çekirdeği ve organelleri barındırır. Hücre gövdesinden uzanan, sinyaller almak ve göndermek için uzmanlaşmış ince yapılardır. Dendritler tipik olarak sinyalleri alırken, akson sinyalleri diğer nöronlar veya kas hücreleri gibi diğer hücrelere iletir. Bir nöronun başka bir hücre ile bağlantı kurduğu noktaya sinaps denir.
Nöronlar, çoğunlukla dikenimsi yapılar üzerinde bulunan postsinaptik terminallerde, dendritlerden çıkıntı yapan küçük yumrulardan sinyalleri alırlar. Bu özel yapılar nörotransmitterler ve diğer kimyasal sinyaller için reseptörler içerir. Dendritler genellikle çokça dallanma içerir ve bazı nöronların on binlerce sinyal toplamasına izin verir. Nöronlar en sık dendritlerinden sinyal alırlar, ancak hücre gövdesi gibi diğer alanları içeren sinapslara da sahip olabilirler.
Sinapslardan alınan sinyal, dendritten soma'ya doğru hareket eder, burada hücre onu işleyebilir ve mesajı ileri gönderip göndermemesi gerektiğini belirleyebilir. Aksiyon potansiyeli, nöronlar tarafından üretilen ana elektrik sinyalidir. Bilgiyi bir sonraki hücreye taşır. İlk olarak akson tepeciğinde yani soma ve akson arasındaki kavşakta üretilir.
Aksonlar uzunluk olarak değişir, ancak oldukça uzun olabilir. Örneğin, bazıları omurilikten ayağa kadar uzanır. Daha uzun aksonlar genellikle aksonu izole eden ve elektrik sinyalini korumaya yardımcı olan yağlı bir miyelin kılıfına sarılır. Miyelin kılıfı, sinir sistemindeki başka bir hücre türü olan glia tarafından oluşturulur. Miyelinli aksonlarda, aksiyon potansiyeli, aksonun ucundaki terminale veya presinaptik terminale ulaşana kadar her Ranvier düğümünde (miyelinde tekrarlanan boşluklar) rejenere edilir.
Presinaptik terminal, nörotransmitter havuzları içeren veziküllere sahiptir. Aksiyon potansiyelleri, veziküllerin hücre zarına kaynaşarak ve nörotransmiteri sinaptik yarığa, bir sinapstaki hücreler arasındaki boşluğa serbest bırakarak ekzositoza maruz kalmasını tetikler. Farklı nörotransmitterlerin postsinaptik hücre üzerinde farklı etkileri olabilir. Uyarıcı bir sinaps, postsinaptik hücre üzerinde bir aksiyon potansiyeli başlatma şansını arttırırken, inhibitör bir sinaps aksiyon potansiyeli şansını azaltır.
Nöronların genel şekli (morfolojisi) önemli ölçüde değişebilir ve genellikle işlevleriyle ilgilidir. Bazı nöronların az sayıda dendritik süreci ve tek bir aksonu vardır, diğerleri çok kıvrımlı dendritik ağlara sahiptir, diğerleri ise organizmanın uzunluğunu kapsayabilen aksonlara sahiptir. Çeşitli morfolojiler genellikle nöron tipini tanımlamak için kullanılır. Girişlerin sayısı (sinaptik bağlantılar) bir hücrenin sinyallere nasıl tepki verdiğini etkileyebilir. Bu nedenle, dendritlerin morfolojisi ve içerdikleri sinaps sayısı, nöron tipini belirleyebilen önemli bir özelliktir. Periferik sinir sisteminde, dendritler ayrıca bir hücrenin alıcı alanını, vücudun duyarlı oldukları fiziksel alanı da tanımlayabilir.
On dokuzuncu yüzyılın sonlarında ve 20’nci yüzyılın başlarında çalışan İspanyol anatomist Santiago Ramon y Cajal, bireysel nöronların izlenmesine öncülük etmiş ve doğaları hakkında temel bilgiler vermiştir. Hala önemli miktarda ayrıntı sunan hücrelerin çarpıcı tasvirlerini üretmiştir. İtalyan biyolog Camillo Golgi'nin adını taşıyan boyama tekniğini kullanarak, beyindeki birçok farklı hücre türünün yapısını izleyebilmiştir. Ayrıca, nöronal devrelerin bazı temel bağlantılarını, belirli bilgileri işlemek için birlikte aktive edilen nöron ağlarını çizmiştir.
