Os aproximadamente 100 bilhões de células no cérebro humano se dividem em duas classes amplas: neurônios e células gliais. Os neurônios são responsáveis pelas funções sensoriais, cognitivas e motoras, enquanto as células gliais fornecem suporte estrutural e metabólico.
As células cerebrais são compostas pelas mesmas moléculas e muitas das mesmas proteínas que as outras células do corpo, embora algumas células sejam especializadas em seu papel no cérebro. Os neurônios, por exemplo, têm três componentes distintos. O soma, ou corpo celular, é semelhante aos corpos de outras células e possui núcleo, organelas e membrana plasmática. Um longo filamento, chamado terminal de axônio, se estende do soma do neurônio e carrega mensagens para a célula. As mensagens são transmitidas no final do terminal por meio de pequenos tentáculos chamados dendritos. Os dendritos são separados de outros neurônios por uma pequena lacuna chamada sinapse.
As células gliais são distintas dos neurônios e têm a forma de ouriços-do-mar com um pequeno corpo central e vários tentáculos se estendendo para fora. Essas células circundam os neurônios e preservam suas posições relativas. Eles atuam para isolar os neurônios uns dos outros para evitar vazamentos de sinal e fornecer suporte nutricional para os neurônios famintos por glicose. As células gliais também destroem os patógenos e removem os resíduos celulares que se acumularam no cérebro.