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神経系の組織は、神経組織と呼ばれ、実際に情報の伝達を行う神経細胞とその働きをサポートするグリア細胞、シュワン細胞などから構成される。
脊椎動物の神経系は、神経組織が、大きな塊として存在する中枢神経系（ちゅうすうしんけいけい）と、ひも状に細くのびて体内を走る末梢神経系（まっしょうしんけいけい）とに分けられる。一方、脊椎動物以外の動物の神経系は、明確な中枢神経を持たない。例えば、昆虫類などの節足動物では、神経細胞が小数あつまって塊をなす神経節が数個存在するのみである。また、クラゲなど刺胞動物では、神経線維が分散型のネットワークを形成するのみである。この型の神経系を分散神経系と呼ぶ。
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脊椎動物の神経系
中枢神経
脊椎動物の中枢神経系は、大きく脳と脊髄に分かれる。
脳幹とは、中脳、橋、延髄をあわせて呼んだもの。これに間脳を加える場合もある。
個体発生の過程では、中枢神経系は、まず神経管（しんけいかん）と呼ばれる中空の管状構造として形成される。神経管は外胚葉性である。神経管は、体の前後軸に沿ってのびる。この管の壁は、神経細胞とグリア細胞のもとになる細胞、神経幹細胞（しんけいかんさいぼう）で構成されている。この細胞分裂は、神経管の前部で他の部位よりも激しく、その結果、神経管の前部だけが膨れることになる。この膨れた部分が、将来の脳で、それ以外の部分が脊髄になる。神経管の内側の空洞は、成体になっても残され、脳の中の脳室（のうしつ）、脊髄の中の（脊髄）中心管（せきずいちゅうしんかん）となる。
末梢神経系
中枢神経系と、体の各部位を結ぶ働きをする。主に、神経細胞からのびる神経線維（軸索）が多数集まって束になって走る神経線維束（いわゆる神経）と、局所的に神経細胞体が集まって存在する神経節などからなる。
神経が中枢神経からでる部位によって、脳から出る脳神経と、脊髄から出る脊髄神経とがある。太い神経は、体内での走行のパターンは決まっており、みな名前がついていて、どこからどこまでつながっているのか、途中でどこを通るのか、どのような情報を伝えるのか、などが決まっている。
末梢神経系は、発生過程において、神経管とは別の場所に発生する細胞群、神経冠細胞が、体中に散らばったものから起こると考えられている。