Beyin hücreleri, sinir sistemi hücrelerinin genel adı olan nöronlar tarafından temsil edilir. Ancak beyinde sadece nöronlar bulunmaz. Bütün diğer hücreler gibi nöronlar da kendi kendine yetebilen hücrelerdir. Kendi kendine yetebilmekten kasıt, bir genetik materyale sahip olmak, ribozomları bulunmak, protein üretebilmek ve enerji ihtiyacını karşılayacak mitokondri gibi organellere sahip olmaktır. Nöronlar, diğer hücrelerden farklı bir şekle sahiptir. Uzun bir gövdeye (soma), dendritlere ve akson adı verilen uçlara sahiptirler.

Nöron türleri, dendrit ve aksonun konumuna, dallanmasına ve sayısına göre farklı kategorilerde adlandırılır. Bu kategoriler arasında duyu nöronları, motor nöronları, unipolar nöronlar, bipolar nöronlar ve multipolar nöronlar bulunur. Örneğin, göz retinası bipolar nöron dizisine sahiptir. Beyin korteksinde nöronlar karmaşık bir ağ oluştururlar. Bu sayede nöronlar çok sayıda dallanma yaparak birden fazla nöronla iletişim kurabilme yeteneğine sahip olurlar. Nöronların çoğalma yeteneği olmadığı için beyin ve sinir sistemindeki herhangi bir zarar kalıcı hasarlara neden olabilir. Hasar gören sinir hücrelerinin kendi kendini onarması uzun bir süreç gerektirir. Bazı hasarlı durumlarda sinir büyüme faktörü ile büyümenin filizlenmesi sağlanabilir.

Beyindeki hücrelerin yaklaşık %10'unu nöronlar oluşturur. Geriye kalan hücrelerin bir kısmı glia, bir kısmı ise destek hücreleridir. Bu destek hücreleri, nöronların besin ihtiyacını, büyüme faktörlerini ve çok ince yapılı dendrit ve akson dallanmalarına destek sağlamak amacı taşırlar. Gliaların birçok türü vardır ve kilit noktalarda görev yaparlar. Gliaların savunma görevi de bulunur; işgalci mikroplarla savaşır ve ölü nöron atıklarını temizlerler.

Ancak en önemli beyin hücreleri nöronlardır. Çünkü bütün karar verme süreçlerinde ve bilişsel süreçlerde aktif rol alırlar.

Beyin hücreleri, birbirleri ile sinaps adı verilen yapılar aracılığıyla iletişim kurar. Bu sayede ağdaki iletişimin aksaksız bir şekilde ilerlemesi sağlanır. Uyarılar, bir nörondan diğer nörona sinapslar sayesinde iletilir. Sinaps, boşluk anlamına gelir. Bu boşluklarda uyarılar, nörotransmitterler aracılığı ile karşı tarafa taşınır.

Sonuç olarak, beyin hücreleri ve onların destek hücreleri sinir sisteminin temel yapı taşlarıdır ve bu hücrelerin doğru çalışması, vücudun genel sağlığı ve işlevselliği için kritik öneme sahiptir.