O sistema somatossensorial transmite informações sensoriais da pele, membranas mucosas, membros e articulações. Somatossensação é mais familiarmente conhecida como a sensação de toque. Uma típica via somatossensorial inclui três tipos de neurónios longos: primários, secundários, e terciários. Neurónios primários têm corpos celulares localizados perto da medula espinhal em grupos de neurónios chamados gânglios de raiz dorsal. Os neurónios sensoriais dos gânglios inervam áreas designadas na pele chamadas dermatomas.
Na pele, estruturas especializadas chamadas mecanorreceptores transduzem a pressão mecânica ou distorção em sinais neurais. Na pele sem pêlos, a maioria dos distúrbios pode ser detectada por um dos quatro tipos de mecanorreceptores. Dois deles, os discos de Merkel e corpúsculos de Ruffini, são de adaptação lenta e continuam a responder a estímulos que permanecem em contato prolongado com a pele. Os discos de Merkel respondem ao toque leve. Os corpúsculos de Ruffini detectam toque estático mais profundo, estiramento da pele, deformação articular e calor.
Os outros dois principais mecanorreceptores cutâneos, corpúsculos de Meissner e corpúsculos de Pacini, adaptam-se rapidamente. Estes mecanorreceptores detectam estímulos dinâmicos, como os necessários para ler Braille. Os corpúsculos de Meissner respondem ao toque e pressão delicados, bem como vibrações de baixa frequência. Os corpúsculos de Pacini respondem melhor a vibrações profundas, repetitivas e de alta frequência. As informações detectadas por esses mecanorreceptores são propagadas em direção ao corpo celular no gânglio de raiz dorsal.
Neurónios primários do gânglio de raiz dorsal estendem axónios para a medula espinhal, continuando a propagação de informações somatossensoriais do corpo para o cérebro. Os axónios terminam na medula, onde sinapsam, ou comunicam, com neurónios secundários. Até este ponto, o sinal permaneceu ipsilateral, do mesmo lado do corpo que inicialmente detectou o estímulo. Neurónios secundários, no entanto, têm axónios no lado oposto da medula e descussam (cruzam) a informação. Assim, as informações detectadas no lado esquerdo do corpo são inicialmente processadas no hemisfério direito do cérebro. Do lado oposto da medula, os axónios dos neurónios secundários continuam até o tálamo, onde sinapsam com neurónios terciários. Neurónios terciários têm axónios que terminam no córtex somatossensorial.
Cada parte do corpo, até certo ponto, é representada nesta área cortical em um mapa somatossensorial chamado homúnculo. Áreas do corpo com maior densidade de mecanorreceptores, como as pontas dos dedos, têm representações maiores no córtex do que áreas com menor densidade de mecanorreceptores, como as palmas das mãos e braços.
Quando uma determinada região corporal não funciona como pretendido, o córtex sensorial pode passar por reorganização cortical. Por exemplo, os leitores de Braille têm representações maiores no córtex somatossensorial do que indivíduos que não sabem ler Braille. Em amputados do antebraço, alguns dados sugerem que a região cortical anteriormente conectada ao braço amputado pode ser remapeada na região cortical adjacente (neste caso, a face). Isso pode causar experiências de membros fantasmas, nas quais um amputado sente estimulação do braço perdido quando certas áreas da face são estimuladas.
