เส้นประสาทเป็นส่วนหนึ่งของระบบประสาทนอกส่วนกลาง (peripheral nervous system) โดยเส้นประสาทนำเข้า (afferent nerve) จะนำความรู้สึกจากอวัยวะต่าง ๆ เช่น ผิวหนัง ไปยังระบบประสาทกลาง (central nervous system) ในขณะที่เส้นประสาทนำออก (efferent nerve) จะนำสัญญาณกระตุ้นจากระบบประสาทกลางไปยังกล้ามเนื้อและต่อมต่าง ๆ แอกซอนของเส้นประสาทนำเข้าและเส้นประสาทนำออกอาจจะรวมอยู่ในเส้นประสาทเดียวกัน โดยจะเส้นประสาทนั้นเรียกว่า เส้นประสาทระคน (mixed nerve) ตัวอย่างเช่นเส้นประสาทมีเดียน (median nerve) ควบคุมการเคลื่อนไหวและรับความรู้สึกจากมือ

เซลล์ประสาทที่ประกอบกันเป็นเส้นประสาทจะทำหน้าที่รับและส่งข้อมูลทางไฟฟ้าเคมีเข้าและออกจากสมอง โดยปลายด้านหนึ่งจะทำหน้าที่รับข้อมูล (ซึ่งมักจะเป็นด้านเดนไดรต์) และอีกปลายจะทำหน้าที่ส่งข้อมูลไปยังเซลล์ประสาทอีกเซลล์หนึ่ง (ซึ่งมักจะเรียกว่าแอกซอน) โดยกระแสประสาทจะข้ามผ่านช่องว่างระหว่างเซลล์ประสาทที่เรียกว่า ไซแนปส์ (synapse)

ด้านนอกของเส้นประสาทจะถูกหุ้มด้วยแผ่นเนื้อเยื่อเกี่ยวพันชนิดหนาที่เรียกว่า อิพินิวเรียม (epineurium) ใต้ชั้นนี้เป็นชั้นของเซลล์บางที่สร้างเป็นปลอกหุ้ม เรียกว่า เพอรินิวเรียม (perineurium) โดยมีเพอรินิวเรียม เซปตัม (perineurial septum) ที่ยื่นเข้าไปในเส้นประสาทและแบ่งเส้นประสาทออกเป็นมัดใยประสาทหลายมัด แต่ละใยประสาทจะถูกหุ้มด้วยแผ่นเอนโดนิวเรียม (endoneurium) โครงสร้างที่หุ้มนี้จะต่อเนื่องมาจากผิวของไขสันหลังไปยังระดับที่แอกซอนไซแนปส์กับใยกล้ามเนื้อหรือปลายประสาทในอวัยวะรับความรู้สึก แผ่นเอนโดนิวเรียมประกอบด้วยปลอกหุ้มด้านในของสารที่เรียกว่าไกลโคแคลิกซ์ (glycocalyx) และด้านนอกเป็นตาข่ายบาง ๆ ของเส้นใยคอลลาเจน เส้นประสาทนอกส่วนกลางจะมีเลือดมาเลี้ยงจำนวนมาก

เส้นประสาทส่วนใหญ่ต่อเชื่อมกับระบบประสาทกลางผ่านทางไขสันหลัง เว้นแต่เส้นประสาทสมอง (cranial nerves) ทั้ง 12 คู่ที่ต่อโดยตรงกับสมอง การเรียกชื่อเส้นประสาทไขสันหลัง (Spinal nerve) จะเรียกเป็นอักษรบอกระดับของกระดูกสันหลังและลำดับเลขตามตำแหน่งระดับของกระดูกสันหลังที่เส้นประสาทเข้าไปเชื่อมกับไขสันหลัง (เช่น C1 หมายถึงเส้นประสาทที่เชื่อมกับไขสันหลังที่ระดับกระดูกสันหลังส่วนคอ (cervical) ชิ้นที่ 1) ส่วนเส้นประสาทสมองจะนับเรียงเป็นลำดับเลข ซึ่งมักจะใช้เลขโรมัน ตั้งแต่ I ถึง XII นอกจากนี้เส้นประสาทหลัก ๆ มักมีชื่อของตัวเอง ส่วนทางประสาทในระบบประสาทกลางจะเรียกเป็น ลำเส้นใยประสาท (tract) มากกว่าเรียกว่าเส้นประสาท

กระแสประสาทที่ผ่านไปในเส้นประสาทเรียกว่า ศักยะทำงาน หรือ แอกชัน โพเทนเชียล (action potential) ซึ่งเป็นคลื่นไฟฟ้าที่ขนส่งได้รวดเร็ว (มากถึง 120 เมตรต่อวินาที) โดยทั่วไปเริ่มสร้างจากตัวเซลล์ของเซลล์ประสาทและแพร่ออกไปตามแอกซอนจนถึงปลายประสาท สัญญาณประสาทจะข้ามจากปลายของแอกซอนหนึ่งไปยังตัวรับสารสื่อประสาทที่อยู่ใกล้เคียงผ่านช่องว่างที่เรียกว่าไซแนปส์หรือจุดประสานประสาท เซลล์ประสาทสั่งการ (Motor neurons) ก็ทำหน้าที่สั่งการกล้ามเนื้อโดยผ่านแผ่นเชื่อมประสาทสั่งการและกล้ามเนื้อ (neuromuscular junction) และอาศัยสารสื่อประสาทต่าง ๆ เช่นเดียวกัน