در زیر میکروسکوپ میتوان معماری ظریف مغز را مشاهده کرد. مغز از مادهی خاکستری و مادهی سفید تشکیل میشود.
مادهی خاکستری مغز متشکل از میلیاردها سلول ریز مغزی است که نورون نامیده میشود. نورونها ساختمان سلولی ویژهای دارند که برای عملکرد عصبی تکامل یافته است. این سلولها مانند یک شبکهی عظیم تلفنی، پیامها را از طریق دندریتها، که استطالههایی هستند که از یک انتهای نورون بیرون میزنند، از نورونهای دیگر دریافت میکنند. در انتهای دیگر نورون، یک رشتهی دراز به نام آکسون قرار دارد. نهایتاً آکسون به بالغ بر ده هزار نورون دیگر از طریق دندریتهای آنها متصل میشود. بنابراین، هر نورون سیگنال را از طریق دندریتهای خود دریافت میکند و از طریق آکسون سیگنال خروجی خود را به نورونهای بعدی انتقال میدهد.
در پیوستگاه بین آکسون و دندریتها، شکاف کوچکی است که سیناپس نامیده میشود. این سیناپسها مانند دروازه عمل میکنند (شبیه گیتهایی که در مدارهای منطقی کامپیوتر مورد استفاده قرار میگیرند)، و جریان اطلاعات را در داخل مغز تنظیم میکنند. مواد شیمیایی خاصی به نام میانجی عصبی میتوانند وارد سیناپس شوند و جریان سیگنالها را تغییر دهند. از آنجا که میانجیهای عصبی، مانند دوپامین، سروتونین، و نورآدرنالین به کنترل جریان اطلاعات که در هزاران مسیر مغز جریان مییابد، کمک میکنند، لذا تأثیر قابل توجهی بر خلقوخو، عواطف، افکار، و وضعیت ذهنی ما دارند.