المخ البشري يعالج التفكير عبر شبكات عصبية معقدة تتكون من خلايا عصبية تتواصل بواسطة إشارات كهربائية وكيميائية تنتقل عبر المشابك. عمليات التفكير تقوم على تنظيم هذه الإشارات داخل مناطق قشرية وتحت قشرية متخصصة في الانتباه والذاكرة واللغة والتحليل واتخاذ القرار؛ إذ تتكامل المعلومات الحسية والتجريبية السابقة لتولد استجابات معرفية جديدة. كما يشارك التثبيت التآزري وتعديل قوة المشابك في تكوين المعرفة وتكييف الاستجابات مع الخبرة، بينما تعمل أنظمة التحكم التنفيذي على تنسيق الأهداف وتثبيت الانتباه وتمييز البدائل لاتخاذ قرارات مدروسة.

خلية عصبية صماء هي خلية عصبية إفرازية تستقبل إشارات عصبية وكيميائية من النواقل فتفرز هرمونات أو مواد فعّالة إلى الدم، محققة تكامل الجهاز العصبي مع نظام الغدد الصماء فيما يعرف بالاندماج الهرموني العصبي؛ مثال ذلك خلايا نخاع الغدة الكظرية التي تتأثر بالجهاز العصبي الودي وتطلق الأدرينالين إلى الدم.

يُقدّر أن الدماغ البشري العادي يحتوي على نحو ١٠٠ مليار خلية عصبية، وتمثل هذه الخلايا الوحدة الأساسية في الجهاز العصبي المسؤولة عن نقل الإشارات الكهربائية والكيميائية داخل الدماغ وبين الدماغ وباقي أجزاء الجسم. تترابط الخلايا العصبية في شبكات معقدة عبر نقاط اشتباك عصبي تتضمن ناقلات عصبية ومستقبلات، وتساهم هذه الشبكات في وظائف متعددة تشمل الإدراك والحركة والذاكرة والعاطفة. تشير التقديرات إلى أن العدد التقريبي لِخلايا الدماغ يختلف بين الأفراد ويقل أو يزيد تبعًا لعوامل وراثية وبيئية وصحية، لكن قيمة ١٠٠ مليار تُستخدم غالبًا كمرجع تقريبي عند وصف التعقيد العددي للدماغ البشري.

تشابه دماغ البشر والذكاء الاصطناعي يدهش العلماء. الدماغ البشري يعالج اللغة على مراحل متتابعة لا دفعة واحدة وهي آلية تشبه طريقة عمل نماذج الذكاء الاصطناعي الحديثة. البدايات تركز على الأصوات والكلمات ثم ينتقل الدماغ تدريجياً لبناء السياق والمعنى، تماماً مثل الطبقات المتدرجة في نماذج الذكاء الاصطناعي، يساعد على فهم أعمق لطريقة التفكير البشري، ويُساهم في تطوير ذكاء اصطناعي أقرب للإنسان، ويؤكد أن السياق أهم من القواعد في فهم اللغة

يعد الدماغ منبعاً لإنتاج معلومات جديدة لدى الإنسان. يقوم الدماغ بنقل إشارات عصبية الى النخاع الشوكي واستقبال الإشارات الصادرة عنه. تشكّل الخلايا العصبية من خلال تشابكها مع بعضها البعض، الألياف العصبية التي تكوّن بدورها الأعصاب. يتألف دماغ الإنسان من ٣ أقسام رئيسية هي: المخ والمخيخ والنخاع المستطيل. يحتوي الدماغ على عشرات المليارات من الخلايا العصبية. يكون الدماغ غالباً محفوظاً في الجمجمة داخل الرأس. يزن الدماغ نحو ١.٣ كيلوغرام، حيث يمثل حوالي ٢٥% من الكتلة الإجمالية لجسم الإنسان.