Det centrala nervsystemet kan delas in i vit substans och grå substans. Dessa två divisioner fick sina namn på grund av skillnaden i deras utseende i den grova mänskliga anatomin. Vit material verkar vitt på grund av närvaron av stora mängder myelin, ett fettprotein som tjänar en isolerande funktion för signalöverföring. Grå substans verkar gråbrun på grund av närvaron av neuronala cellkroppar och kapillärer, såväl som den relativa bristen på myelin. Vit substans och grå substans är olika på grund av sina komponenter, funktioner och placeringar i både hjärnan och ryggmärgsmateria.
Vit substans kallas ibland substantia alba. Den innehåller myeliniserade axonkanaler som förbinder olika områden av grå substans i hjärnan och ryggmärgen. Dessa myeliniserade axoner bär nervimpulser från en neuron till en annan. Närvaron av myelin möjliggör snabbare överföring av nervsignaler.
Dessutom kan vit substans delas in ytterligare i projektionstraktor, kommissuraltrakter och associationstrakter. Projektionskanaler transporterar nervsignaler från cortex till andra delar av hjärnan, eller från hjärnan till andra vävnader i kroppen. Commissural tracts tillåter vänster och höger hjärnhalva att kommunicera. Associationskanaler bär nervsignaler från en kortikallob till en annan.
Grå substans kallas ibland substantia grisea. Den innehåller huvudsakligen cellkroppar, dendriter och synapser. Andra komponenter i grå substans inkluderar neuropil, gliaceller och kapillärer. Neuropil är samlingsbeteckningen för dendriter och axoner och kan vara myeliniserade eller omyeliniserade, medan gliaceller avser astrocyter och oligodendrocyter. Till skillnad från vit substans, som huvudsakligen tjänar till att överföra nervsignaler, är grå substans där sådana signaler genereras och bearbetas.
Vit substans och grå substans skiljer sig också åt när det gäller fördelning. I hjärnan finns grå substans på ytan av hjärn- och cerebellarbarken. Det finns också i de djupare delarna av storhjärnan, särskilt de basala ganglierna, thalamus, hypotalamus och olika subthalamuskärnor. I de djupare delarna av lillhjärnan finns grå substans som dentata, klotformade, emboliforma och fastigiala kärnan, medan den i de djupare delarna av hjärnstammen finns som substantia nigra samt röda, olivära och kraniala kärnor. nervkärnor. Grå substans finns också i de främre, laterala och bakre hornen av ryggmärgen.
Däremot utgör vit substans en stor del av den djupare hjärnmaterian och de ytliga lagren av ryggmärgen. Den förbinder cortex med de djupare delarna av hjärnan och förbinder de två hjärnhalvorna genom en struktur som kallas corpus callosum. Vit material som ligger i de djupare delarna av lillhjärnan kallas ibland för arbor vitae. I ryggmärgen är vit substans mer ytlig än grå substans, och omger de olika hornen.
Vit substans och grå substans skiljer sig också åt när det gäller deras bidrag till hjärnvolymen och deras energiförbrukning. Medan vit substans utgör cirka 60 % av hjärnans volym, utgör grå substans de övriga 40 %. Grå substans är dock mer energikrävande och använder ungefär 94 % av det totala syre som går till hjärnan.