Os neurologistas procuram compreender a estrutura do sistema nervoso, incluindo o funcionamento do neurônio, a neuroplasticidade , as células nervosas de suporte (neuróglia e células de Schwann), os neurotransmissores, os padrões neuronais na aprendizagem, como ocorrem a visão e a audição, os distúrbios nervosos e o desenvolvimento embrionário do sistema nervoso. Os neurônios estão entre as células mais especializadas e flexíveis dos tecidos animais. O tecido nervoso animal deriva do tecido ectodérmico embrionário. O ectoderma é uma camada de células que se forma muito cedo no desenvolvimento animal.
Logo após a concepção, todos os animais passam pela fase de blástula, na qual o embrião é uma esfera oca com cerca de quinhentas células. Uma região da blástula, chamada blastóporo, se dobra para formar um canal de células através da blástula, iniciando assim a fase de gástrula. A gástrula possui três tecidos embrionários: ectoderme, mesoderme e endoderme. A ectoderme e a endoderme continuam a se dividir e a se diferenciar em células epiteliais. As células mesodérmicas se multiplicam e se diferenciam em células musculares e de tecido conjuntivo.
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As células ectodérmicas dorsais (células que formarão a parte posterior do organismo) se dobram para dentro, formando um cordão nervoso. Os neurônios desse cordão nervoso se multiplicam e se diferenciam em tecido nervoso central e periférico. Nos seres humanos, o cordão nervoso dorsal se transforma nos bilhões de neurônios centralizados que compõem a medula espinhal. Os neurônios na região anterior da medula espinhal se dobram, se multiplicam e se diferenciam nas várias regiões do cérebro. Estima-se que o cérebro humano completo e totalmente funcional possua cem bilhões de neurônios que crescem plasticamente e formam trilhões de interconexões para o processamento preciso de informações elétricas.