ทางเดินของเส้นประสาทจะเชื่อมโยงส่วนต่างๆในสมองเข้าด้วยกันหรือถ่ายทอดข้อมูลจากระบบประสาทส่วนปลายเข้าสู่สมอง เส้นทางหลักสองเส้นทางหลักของระบบประสาทถ่ายทอดความรู้สึกไปยังสมองหรือส่งสัญญาณการเคลื่อนไหวไปยังร่างกายจากมัน พวกเขาทั้งสองประกอบด้วยเส้นใยประสาทที่มีฉนวนยาวซึ่งสื่อสารด้วยไฟฟ้าหรือโดยสารสื่อประสาทเคมี เส้นทางการสะท้อนกลับของกระดูกสันหลังเป็นเส้นทางท้องถิ่นที่ให้การตอบสนองอย่างรวดเร็วต่อสิ่งเร้าอย่างฉับพลันโดยไม่ได้รับคำติชมจากสมอง
ซอนเส้นประสาทยาวที่ประกอบไปด้วยทางเดินของเส้นประสาทเรียกว่าสสารสีขาวเนื่องจากมีสารไมอีลิน ฉนวนนี้ช่วยเพิ่มความเร็วการนำไฟฟ้าในระยะทางที่ซอนครอบคลุมในร่างกาย ในสมองการเชื่อมต่อในท้องถิ่นสามารถเกิดขึ้นได้ระหว่างเซลล์ประสาทที่ไม่ได้สร้างเซลล์ที่เรียกว่าสสารสีเทา ทางเดินประสาทบางอย่างเป็นเส้นใยที่แตกต่างกันจริงที่ให้บริการฟังก์ชั่นที่แตกต่างกันเช่นเดียวกับ corpus callosum ซึ่งเชื่อมต่อหลายภูมิภาคของสมองซีกขวาและซ้าย
เส้นทางการสะท้อนบางอย่างทำงานโดยไม่มีสมอง ในการสะท้อนเข่า - กระตุกเซลล์ประสาทรับความรู้สึกมาจากหัวเข่า synapses กับมอเตอร์เซลล์ประสาทในเส้นประสาทไขสันหลังซึ่งทำให้กล้ามเนื้อหดตัวในขาข้างหนึ่งและกล้ามเนื้อเดียวกันเพื่อผ่อนคลายในขาตรงข้าม กระบวนการนี้เกิดขึ้นเร็วกว่าที่คิดถ้าเป็นสื่อกลางโดยสมอง ทางเดินประสาทที่ซับซ้อนมากขึ้นนั้นไม่ได้สะท้อนอย่างแท้จริง แต่ได้รับการตอบกลับจากบริเวณที่สูงขึ้นของสมองเช่นเยื่อหุ้มสมองสมอง นี่จะทำให้อัตราการส่งสัญญาณช้าลง
ทางเดินประสาทสัมผัสถ่ายทอดความรู้สึกจากร่างกายไปยังสมองในขณะที่ทางเดินมอเตอร์นำคำแนะนำจากสมองไปยังกล้ามเนื้อที่ควบคุมการเคลื่อนไหวโดยสมัครใจ ทางเดินประสาทยนต์หนึ่งเส้นทางคือ corticospinal หรือทางเดินเสี้ยม เมื่อวิ่งจากบริเวณมอเตอร์ของเยื่อหุ้มสมองไปจนถึงไขสันหลังทางเดินเสี้ยมจะข้ามไปสู่สองเส้นทางที่แยกจากกันซึ่งแต่ละการเคลื่อนไหวควบคุมในครึ่งหนึ่งของร่างกาย ระบบทางเดิน corticobulbar จะควบคุมการเคลื่อนไหวของกล้ามเนื้อใบหน้าโดยสมัครใจและไหลจากเยื่อหุ้มสมองไปยังนิวเคลียสของก้านสมองซึ่งควบคุมประสาทสมองของใบหน้า ทางเดิน arcuate fasciculus เชื่อมต่อเซลล์ประสาทที่ประมวลผลการรู้จำเสียงพูดกับผู้ที่จำเป็นต้องเลียนแบบเสียงพูด
ภายในสมองบางวิถีทางทำงานผ่านสารเคมีเฉพาะเรียกว่าสารสื่อประสาท ยกตัวอย่างเช่นโดปามีนถูกใช้ในหลาย ๆ ทางเพื่อให้เกิดแรงจูงใจรางวัลและการควบคุมด้วยมอเตอร์ โดปามีนเป็นสารสื่อประสาทของเส้นทางประสาท mesocortical ที่ปรับพฤติกรรมการให้รางวัลจากสมองส่วนกลางไปจนถึงสมองส่วนหน้าของเยื่อหุ้มสมองสมอง เนื่องจากทางเดินของโดพามีนที่ใช้โดนิมีนช่วยให้เกิดการเคลื่อนไหวที่ดีจึงมักมีอาการผิดปกติในการเคลื่อนไหวที่ผิดปกติเช่นโรคพาร์คินสัน
