Der Körper verfügt über mehrere Kommunikationssysteme, insbesondere das endokrine, das Immun- und das Nervensystem. Jedes verfügt über eine Vielzahl von Signalsubstanzen (Hormone, Zytokine, Neurotransmitter), die z.T. systemübergreifend aktiv sind; die Systeme interagieren in vielfacher Hinsicht. Eine koordinierende Rolle nimmt vor allem der Hypothalamus ein.

Der am häufigsten verwendete Transmitter ist Glutamat, die meisten exzitatorischen (depolarisierenden, erregenden) Synapsen funktionieren glutamaterg. Transmitter wie Noradrenalin, Serotonin, Histamin, Dopamin oder Acetylcholin kommen auch in der Körperperipherie als Signalstoffe vor; im Gehirn sind sie Effektoren spezifischer Hirnstammkerne, die in das gesamte ZNS projizieren - wie die nuclei coeruleus, raphe, niger. Hemmend (inhibitorisch) wirken vor allem GABA und Glycin.

Gliazellen wirken als "Assistenten" der Nervenzellen. Astrozyten können die Passage von Stoffen im Extrazellulärraum kanalisieren oder behindern; Transmitterstoffe aufnehmen und wieder abgeben, Kaliumpools puffern, Liquorflüssigkeit produzieren (der intrakranielle Flüssigkeitsdruck - "Hirndruck" - wird reguliert). Oligodendrozyten bilden Markscheiden, sie beeinflussen die Impulsleitung der Axone. Mikroglia gehört zum Immunsystem; sie macht 20% der gesamten Glia aus, wird von Nervenzellen kontrolliert und überprüft diese ihrerseits fortlaufend auf Intaktheit. Die Fortsätze der Gliazellen verändern in Minutenschnelle ihre Position, Schäden werden behoben, abgestorbene Zellfragmente entsorgt.

Die einzelnen Areale in Frontal-, Parietal-, Okzipital-, und Temporalhirn haben eigene Aufgaben und Funktionen - z.B. kontrolliert der Frontallappen die Motorik und Persönlichkeit, das Okzipitalhirn ist auf die Verarbeitung visueller Information spezialisiert usw. Diese Zuordnung ist nicht immer gleich, das Gehirn kann umlernen, im Großen wie im Kleinen.

Beim Lernen wirken glutamaterge Koinzidenz-Synapsen im Bereich des Hippocampus zusammen. Der (Para-)Hippocampus ordnet aktuelle Sinneseindrücke gespeicherten Gedächtnisinhalten (Erkennen) zu. Emotionen bedürfen der Aktivität des limbischen Systems, vor allem der Mandelkerne. Damit Bewusstsein entsteht, muss der Thalamus - angeregt u.a. aus der retikulären Formation des Hirnstamms - die Assoziationsbereitschaft der Großhirnrinde zulassen. Im Schlaf sind die anregenden Systeme inaktiv, das Gehirn von "extern" auf "intern" umgestellt.

Störungen der Hirnfunktionen (sensorische, motorische, psycho-mentale Einschränkungen) und damit einhergehende funktionelle, biochemische und morphologische Veränderungen geben Hinweise auf normale neurophysiologische Mechanismen. Die Hirnaktivität wird mit modernen Methoden immer genauer beobachtet und zugeordnet. Mittels transkranieller Magnetstimulation (TMS) kann das Gehirn nichtinvasiv stimuliert und die Verortung kortikaler Funktionen untersucht werden.