По анатомическому признаку нервная система делится на центральную и периферическую. Центральная нервная система (ЦНС) у позвоночных представлена не нервной трубкой, как у остальных хордовых, а спинным и головным мозгом, образующимися в результате дифференцировки нервной трубки. Периферическая нервная система (ПНС) образована у них парными спинномозговыми и черепно-мозговыми, или головными, нервами, отходящими от спинного и головного мозга соответственно и связывающими ЦНС со всеми органами и тканями тела, также к ней относятся расположенные по ходу нервов ганглии.

Спинной мозг продольно лежит над телами позвонков (или над хордой) и имеет вид цилиндирического, редко сплюснутого в спинно-брюшном направлении шнура. Головной мозг находится внутри черепа и морфологически и функционально дифференцирован на пять отделов, характерных для всех позвоночных, – конечный (передний), промежуточный, средний, продолговатый мозг и мозжечок. Черепно-мозговые нервы выглядят как простые тяжи; спинномозговые нервы характеризуются более сложным строением, в составе спинномозгового нерва различают отходящие от спинного мозга спинной (чувствительный) корешок, несущий позвоночный, или спинномозговой, ганглий, и брюшной (двигательный) корешок, которые соединяются друг с другом и образуют смешанный нерв – ствол, дающий ответвления к органам.

В составе головного и спинного мозга выделяют серое вещество, образованное телами и дендритами нейронов, и белое вещество, состоящее у большинства из миелинизированных аксонов (покрыты специальной миелиновой оболочкой, ускоряющей проведение нервного импульса); отдельные скопления серого вещества, лежащие в толще белого вещества, называются ядрами; совокупность тесно расположенных друг с другом аксонов, передающих нервный импульс в каком-либо одном направлении, называется тяжëм; серое вещество, в виде слоя присутствующее в какой-либо части головного мозга, называется корой. В спинном мозге серое вещество сосредоточено в центральной части, белое вещество – вокруг, по периферии; в головном мозге взаиморасположение серого и белого вещества более разнообразно, серое вещество здесь образует в разных отделах ядра и кору. Спинномозговые и черепно-мозговые нервы представляют собой скопления миелинизированных или немиелинизированных аксонов, передающих нервный импульс к ЦНС (чувствительные, или афферентные, нервы), от ЦНС (двигательные, или эфферентные, нервы) или туда и обратно (смешанные нервы) и окружённых общей защитной оболочкой – эпиневрием, состоящим из плотной неоформленной соединительной ткани; ганглии (нервные узлы) являются скоплениями тел и дендритов нейронов, располагаются по ходу нервов и окружены эпиневрием.

Головной мозг развивается из передней части нервной трубки, которая представлена отделёнными друг от друга неполной перетяжкой тремя мозговыми пузырями – передним, средним и задним. Передний мозговой пузырь разделяется поперечной неполной перетяжкой на два пузыря, из которых передний даёт начало конечному мозгу, а задний – промежуточному мозгу, средний мозговой пузырь, не разделяясь, развивается в средний мозг, задний мозговой пузырь, как и передний, делится на два пузыря неполной перетяжкой, один из которых выступает вверх и образует мозжечок, а другой разрастается в продолговатый мозг. Остальная часть нервной трубки развивается в спинной мозг.

Головной и спинной мозг являются полыми органами, так как образуются из полой нервной трубки и по существу представляют собой сильно разросшиеся её стенки. Полость спинного мозга называется центральным, или спинномозговым, каналом; полость головного мозга разделена на несколько связанных между собой желудочков (в конечном мозге находится 1 или 2 желудочка, в промежуточном и продолговатом мозге – по одному желудочку; желудочек продолговатого мозга, называемый ромбовидной ямкой, и желудочек промежуточного мозга связаны узким каналом, проходящим в среднем мозге, – сильвиевым водопроводом). Спинномозговой канал и система желудочков соединены друг с другом в области перехода спинного мозга в головной и заполнены спинномозговой, или цереброспинальной, жидкостью.

У разных групп позвоночных имеются от 10 до 12 пар черепно-мозговых нервов; количество пар спинномозговых нервов соответствует количеству сегментов в туловище и хвосте. К черепно-мозговым нервам относятся обонятельный (I пара), зрительный (II пара), глазодвигательный (III пара), блоковый (IV пара), тройничный (V пара), отводящий (VI пара), лицевой (VII пара), слуховой (VIII пара), языкоглоточный (IX пара), блуждающий (X пара), добавочный (XI пара) и подъязычный (XII пара) нервы. Обонятельный нерв начинается от конечного мозга, зрительный – от промежуточного мозга, глазодвигательный и блоковый – от среднего мозга, остальные – от продолговатого мозга. Обонятельный нерв иннервирует слизистую оболочку органов обоняния, зрительный – сетчатку глаз, глазодвигательный – переднюю (внутреннюю), верхнюю и нижнюю прямые и нижнюю косую мышцы глаза, блоковый – верхнюю косую мышцу глаза, тройничный – кожу головы, челюстную мускулатуру, веки, слизистую оболочку ротовой и носовой полостей, зубы, конъюнктиву глаза, отводящий – заднюю (наружную) прямую мышцу глаза, лицевой – кожу головы, слизистую оболочку ротовой и носовой полостей и глотки, мускулатуру подъязычной дуги, головные органы боковой линии, слёзные и слюнные железы, лицевую мускулатуру, слуховой – внутреннее ухо, языкоглоточный – слизистую оболочку ротовой полости (в том числе вкусовые тельца языка), глотки, евстахиевой трубы и барабанной полости, мышцы глотки, мускулатуру первой жаберной дуги, блуждающий – слизистую оболочку глотки, мускулатуру жаберных дуг (начиная со второй дуги), туловищные органы боковой линии, различные внутренние органы (сердце, кишечник, лёгкие, плавательный пузырь), добавочный – мышцы плечевого пояса, подъязычный – мускулатуру языка и подъязычной дуги. Вариативность количества пар черепно-мозговых нервов у разных позвоночных обусловлена тем, что у низших позвоночных из-за короткого затылка подъязычный нерв находится за пределами черепа и не входит в число головных, а добавочный нерв у большинства групп слабо развит и считается ветвью блуждающего нерва. Каждый черепно-мозговой нерв, кроме обонятельного и зрительного, имеет свои ядра в том отделе головного мозга, от которого он отходит; тела нейронов обонятельного нерва находятся в слизистой оболочке органов обоняния, зрительного – в сетчатке. Среди черепно-мозговых нервов различают чувствительные (I, II, VIII), двигательные (III, IV, VI, XI, XII) и смешанные (V, VII, IX, X); спинномозговые нервы у подавляющего большинства смешанные благодаря соединению их чувствительных и двигательных корешков между собой, лишь у одной небольшой группы корешки не объединяются друг с другом.

По функциональному признаку нервная система подразделяется на соматическую и вегетативную, или автономную. Соматическая нервная система управляет работой соматических мышц и обеспечивает кожную чувствительность. Вегетативная нервная система регулирует деятельность всех внутренних органов, обмен веществ и рост тела, поддерживает гомеостаз, участвует в приспособительных реакциях организма; делится на парасимпатическую и симпатическую. Парасимпатическая нервная система контролирует функции организма в условиях спокойной, нестрессовой обстановки, симпатическая – адаптирует физиологическое состояние и деятельность организма к опасной ситуации, требующей активных действий. Соматическая и вегетативная нервные системы имеют отделы в составе ПНС, собирающие всю информацию от окружающей среды и внутренней среды организма (с помощью афферентных нервов) и непосредственно инициирующие активность тех или иных органов и тканей (с помощью эфферентных нервов), и отделы в составе ЦНС, обрабатывающие и хранящие полученные от афферентных нервов данные и регулирующие на основе этой информации при помощи эфферентных нервов деятельность всех систем организма и его поведение.