El sistema nervioso se divide en somático, que efectúa el control voluntario sobre los músculos esqueléticos, y autónomo, que es involuntario y controla el músculo liso, el músculo cardiaco y las glándulas. El sistema nervioso autónomo se divide en dos: simpático y parasimpático. La mayoría de los músculos y las glándulas poseen una doble inervación; en tales casos las dos divisiones pueden ejercer efectos opuestos. Por ejemplo, el sistema simpático aumenta la frecuencia de los latidos cardiacos y el parasimpático la disminuye. Sin embargo, los dos sistemas nerviosos no son siempre antagónicos. Por ejemplo, los dos sistemas inervan las glándulas salivares y estimulan las células secretoras. Además, una rama del sistema nervioso autónomo puede excitar e inhibir un sólo efecto, como en el caso de la inervación simpática de los vasos sanguíneos del músculo esquelético. Por último, las glándulas sudoríparas, los músculos que provocan el erizamiento involuntario del pelo, las fibras musculares lisas del bazo, y los vasos sanguíneos de la piel y el músculo esquelético reciben sólo inervación simpática.
Los movimientos voluntarios de la cabeza, las extremidades y el cuerpo se deben a los impulsos nerviosos que proceden del área motora de la corteza cerebral, que son transmitidos por los nervios craneales o por los que nacen en la médula espinal con destino a los músculos esqueléticos. La acción implica la excitación de las células nerviosas que estimulan los músculos afectados y la inhibición de las células que estimulan los músculos opuestos. Un impulso nervioso es un cambio en el potencial eléctrico dentro de una fibra o célula nerviosa, que se mide en milivoltios, dura pocos milisegundos y se puede registrar mediante electrodos.
Los movimientos pueden ocurrir también como respuesta directa a un estímulo externo; por ejemplo, la percusión sobre la rodilla desencadena una sacudida y un destello de luz sobre un ojo provoca la contracción de la pupila. Estas respuestas involuntarias se llaman reflejos. Los receptores, diversas terminaciones nerviosas, envían de forma continua impulsos hacia el sistema nervioso central. Hay tres tipos de receptores: exteroceptores, sensibles al dolor, temperatura, tacto y presión y en general a cualquier estímulo que proviene del exterior pero que se encuentra en contacto con el cuerpo; interoceptores, que reaccionan a cambios en el medio interno, y propioceptores, que responden a variaciones en el movimiento, posición y tensión y suelen estar localizados en los músculos. Estos impulsos finalizan, en algunos casos, en la médula espinal y, en la mayoría de los casos, en áreas especiales del cerebro, de la misma forma que los receptores especiales de la visión, la audición, el olfato y el gusto.
Las contracciones musculares no siempre producen un movimiento real. En la mayoría de los músculos existe una pequeña fracción del número total de fibras que se contraen de forma continua. Esto permite mantener la postura de una extremidad y la capacita para resistir la elongación o el estiramiento pasivo: esta leve contracción mantenida se denomina tono muscular.