Uma via neural conecta regiões do cérebro entre si ou transmite informações do sistema nervoso periférico para o cérebro. Duas grandes classes de vias neurais transmitem a sensação ao cérebro ou transmitem sinais de movimento para o corpo. Ambos consistem em fibras nervosas longas e isoladas que se comunicam eletricamente ou por um neurotransmissor químico. As vias do reflexo espinhal são vias locais que fornecem respostas rápidas a estímulos repentinos sem retorno do cérebro.
Os axônios dos nervos longos que compreendem uma via neural são chamados de substância branca por causa de sua substância isolante, a mielina. Esse isolamento melhora a velocidade de condução elétrica ao longo das distâncias que os axônios cobrem no corpo. No cérebro, conexões locais podem ocorrer entre corpos celulares neuronais não mielinizados, chamados massa cinzenta. Algumas vias neurais são na verdade fibras distintas que servem a diferentes funções, como no corpo caloso, que conecta muitas regiões dos hemisférios direito e esquerdo do cérebro.
Algumas vias reflexas operam sem o cérebro. No reflexo instintivo do joelho, um neurônio sensorial proveniente do joelho se sinapsiza com um neurônio motor na medula espinhal, que faz com que um músculo se contraia em uma perna e o mesmo relaxe na perna oposta. O processo acontece mais rapidamente do que se mediado pelo cérebro. Vias neurais mais complexas não são verdadeiramente reflexivas, mas recebem feedback das regiões superiores do cérebro, como o córtex cerebral. Isso diminui a taxa que os sinais viajam através deles.
Uma via neural sensorial transmite a sensação do corpo para o cérebro, enquanto as vias motoras transportam instruções do cérebro para os músculos que controlam o movimento voluntário. Uma via neural motora é o trato corticospinal ou piramidal. Correndo da região motora do córtex para a medula espinhal, o trato piramidal cruza-se em duas vias separadas que controlam cada movimento em metade do corpo. O trato corticobulbar modera o movimento voluntário dos músculos faciais e vai do córtex ao núcleo do tronco cerebral que controla os nervos cranianos da face. O caminho arqueado do fascículo conecta os neurônios que processam o reconhecimento de fala com os necessários para imitar sons vocalmente.
Dentro do cérebro, algumas vias funcionam através de um mensageiro químico específico, chamado neurotransmissor. Por exemplo, a dopamina é usada em muitos caminhos para efetivar a motivação, a recompensa e o controle motor fino, entre muitas outras funções. A dopamina é o neurotransmissor da via neural mesocortical que modula o comportamento de recompensa do mesencéfalo para os lobos frontais do córtex cerebral. Uma vez que a via nigrostriatal à base de dopamina ajuda a movimentos finos, é freqüentemente afetada por distúrbios do movimento como a doença de Parkinson.