Fungsi neuron di otak adalah memproses input internal dan eksternal yang diterima oleh tubuh manusia dan memastikan bahwa tubuh terus berfungsi dengan baik. Neuron individu tidak melakukan fungsi ini sendiri, tetapi kumpulan neuron yang bekerja bersama di otak menangani semua rangsangan yang datang dari dalam dan luar tubuh. Setiap neuron adalah sel yang dapat dirangsang secara elektrik yang meneruskan informasi ke neuron lain melalui sinyal kimia dan listrik, dan sinyal gabungan dari kelompok neuron di otak memungkinkan respons yang diproses secara hati-hati terhadap input.
Saat mentransfer sinyal antara satu sama lain, neuron di otak bergantung pada data kimia dan listrik. Sinyal kimia ditransmisikan antar neuron melalui neurotransmiter, yaitu molekul kecil yang berpindah dari satu neuron ke neuron lain untuk melanjutkan suatu jalur. Sinyal listrik mengirimkan data melalui neuron itu sendiri, berjalan dari asalnya di penerima yang disebut dendrit hingga mencapai ujung neuron, di mana sinyal kimia harus mengambil alih. Banyak gangguan manusia, beberapa dapat diobati dan lainnya melemahkan, adalah akibat dari kesalahan dalam transmisi sinyal listrik atau kimia di antara neuron di otak.
Semua neuron di otak secara struktural serupa, meskipun wilayah otak yang berbeda mungkin memiliki struktur saraf yang sedikit berbeda. Struktur yang berbeda memberikan kelompok tertentu dari neuron kemampuan tertentu, itulah sebabnya area otak yang berbeda terspesialisasi untuk tugas yang berbeda. Misalnya, korteks visual menangani input dari mata, dan korteks motorik menangani gerakan. Setiap area otak dikhususkan untuk sesuatu, dan area otak yang berbeda sering bekerja sama dalam tugas-tugas rutin. Ada kesalahpahaman umum dalam budaya populer bahwa manusia hanya menggunakan sebagian kecil dari otak mereka, tetapi ini sebenarnya tidak benar; seluruh otak secara konsisten digunakan setiap hari.
Ilmu pengetahuan telah menunjukkan bahwa neuron di otak jauh lebih mudah beradaptasi daripada yang diyakini sebelumnya. Selama bertahun-tahun, diyakini bahwa jika terjadi kerusakan pada otak, fungsi neuron yang terkena akan hilang secara permanen dan tidak dapat diubah. Banyak penelitian terbaru menunjukkan bahwa otak menampilkan kemampuan untuk mengubah rute fungsi melalui jalur saraf alternatif, yang dikenal sebagai plastisitas. Beberapa orang dengan kerusakan pada pusat visual otak masih dapat melihat, dan beberapa orang yang kehilangan separuh otaknya dapat berfungsi secara relatif normal.