Der Aufbau einer spezialisierten Sinneszelle oder Nervenzelle weicht bis auf einige wenige Strukturelemente nicht von dem einer typischen Körperzelle ab. Natürlich verfügen auch Nervenzellen über einen Zellkern ( =Nukleus ), welcher die intrazellulären Stoffwechselvorgänge steuert und regelt. Zudem verfügen sie über ein ausgedehntes Transportnetzwerk, die Nisslschen Schollen. Dabei handelt es sich um ein dicht mit Ribosomen besetztes endoplasmatisches Retikulum ( raues endoplasmatisches Retikulum ). Zudem finden sich in einem Neuron sehr viele Mitochondrien, da die intrazellulären, neuronalen Prozesse sehr energielastig sind.

Das wohl auffälligste Strukturelement von Nervenzellen sind mehrere Fortsätze verschiedener Form. Die sogenannten Dentriten sind stark verzweigt und dienen dem Informationsempfang von anderen Neuronen. Einer der Fortsätze kann beim Menschen eine beträchliche Länge von bis zu 1m erlangen und wird als Axon, Neurit oder Nervenfaser bezeichnet. Anders als die kleinen Dendriten hat diese Nervenfaser die Funktion, Erregung in Form von Aktionspotentialen an andere Neuronen weiterzuleiten. Die Erregungsübertragung wird im Kapitel "Erregungsübertragung an Synapsen" erklärt.

Beim Menschen sind diese Neuriten von einen spezifischen Zellenart, den Schwannschen Zellen umgeben. Dabei ist wichtig, dass nicht nur eine Schwannsche Zelle ein Axon umhüllt, sondern unzählige Schwannsche Zellen aufeinanderfolgend das Axon abdichten. Die aus der Schwannschen Zellenform entstehende Isoliersubstanz wird als Myelinscheide, Schwannsche Scheide oder auch Markscheide bezeichnet. Jedoch bleiben kleine Spaltöffnungen zwischen den einzelnen Schwannschen Zellen erhalten. Diese Erscheinungen beschreibt man mit dem Begriff Ranviersche Schnürringe, da sie im Elektronenmikroskop als Einschnürrungen sichtbar werden. Sie spielen eine entscheidende Rolle bei der Weiterleitung von Signalen am Axon. Die myelinisierte Axonmembran besitzt nämlich keine spannungsgesteuerten Natriumporen, wodurch sich dort auch keine Aktionspotentiale bilden können. Jene befinden sich nur im Bereich der Ranvierschen Schnürrringe. Dazu mehr im Kapitel "Neuronen in Aktion: Das Aktionspotential".

Solche myelinisierten Axone bezeichnet man als markhaltige Nervenfaser, wohingegen Axone ohne Isolierschicht schlicht marklose Nervenfasern genannt werden. Mehrere Neuriten können zu einen Nervenfaserbündel zusammengefasst werden, welche von Bindegewebshüllen umschlossen sind. Mehrere Nervenfaserbündel wiederum ergeben einen makroskopisch sichtbaren Nerv. Die Gesamtheit aller Nerven- und Sinneszellen und des sie umgebenden Gewebes bezeichnet man als Nervensystem.