Hệ thần kinh chưa xuất hiện ở động vật đơn bào, sự điều hòa bằng thể dịch và do nguyên sinh chất thực hiện. Quá trình này chủ yếu nhằm thực hiện một số động tác đơn giản như di chuyển, bắt mồi. Trên động vật đa bào hệ thần kinh được hình thành và phát triển theo hướng tiến hóa sau: phân tán (hệ thần kinh mạng lưới), tập trung( hệ thần kinh hạch hay chuỗi hạch) đến phân hóa chức năng (hệ thần kinh ống) | Trong chất xám, các nơron vận động khu trú ở khu vực sừng trước và sừng bên, trong khi đó nhiều những nơron trung gian có mặt ở các nơi trung gian và sừng sau. Các sợi cảm giác đi vào sừng sau. Các sợi gai (dendrit) và thân tế bào của tất cả các nơron đều không có vỏ bọc myelin, chúng lộ ra để có thể tạo thành xinap. Do đó tất cả sự tiếp xúc xinap ở tủy sống đều hình thành trong chất xám. Quanh chất xám là khu vực chất trắng chứa rất nhiều sợi thần kinh dài. Rất nhiều sợi trong số này được cách điện bởi vỏ bọc myelin và chính các vỏ bọc đó đã làm cho khu vực này có màu trắng. Các sợi đi lên mang xung động cảm giác đến não, trong khi đó các sợi đi xuống tiếp xúc xinap với các nơron vận động để tạo thành phản xạ vận động tương ứng. Các sợi đi lên và đi xuống tạo thành các bó, mỗi bó đều có một điểm xuất phát và điểm tận cùng nhất định. Các cấu trúc phát triển ở mức độ cao góp phần dẫn truyền một cách có hiệu quả những thông tin dựa trên nguyên tắc sao cho khoảng cách liên lạc giữa chúng càng ngắn và càng nhanh càng tốt.
