Les quelque 100 milliards de cellules du cerveau humain se répartissent en deux grandes catégories : les neurones et les cellules gliales. Les neurones sont responsables des fonctions sensorielles, cognitives et motrices, tandis que les cellules gliales fournissent un soutien structurel et métabolique.
Les cellules du cerveau sont composées des mêmes molécules et de la plupart des mêmes protéines que les autres cellules du corps, bien que certaines cellules soient spécialisées dans leur rôle dans le cerveau. Les neurones, par exemple, ont trois composants distincts. Le soma, ou corps cellulaire, est similaire aux corps des autres cellules et possède un noyau, des organites et une membrane plasmique. Un long filament, appelé axone terminal, s'étend du soma du neurone et transporte des messages pour la cellule. Les messages sont transmis au bout du terminal via de petites vrilles appelées dendrites. Les dendrites sont séparées des autres neurones par un court espace appelé synapse.
Les cellules gliales sont distinctes des neurones et ont la forme d'oursins avec un petit corps central et de multiples vrilles s'étendant vers l'extérieur. Ces cellules entourent les neurones et préservent leurs positions relatives. Ils agissent pour isoler les neurones les uns des autres pour éviter les fuites de signaux et fournir un soutien nutritionnel aux neurones avides de glucose. Les cellules gliales détruisent également les agents pathogènes et éliminent les débris cellulaires qui se sont accumulés dans le cerveau.