Neironu ceļš savieno smadzeņu reģionus vienu ar otru vai nodod informāciju no perifērās nervu sistēmas uz smadzenēm. Divas galvenās nervu ceļu klases pārraida sajūtu smadzenēs vai no tām pārnes signālus kustībai uz ķermeni. Tās abas sastāv no garām, izolētām nervu šķiedrām, kas sazinās elektriski vai ar ķīmiska neirotransmitera palīdzību. Mugurkaula refleksu ceļi ir lokāli ceļi, kas nodrošina ātru reakciju uz pēkšņiem stimuliem bez atgriezeniskās saites no smadzenēm.
Garos nervu aksonus, kas ietver neironu ceļu, sauc par balto vielu to izolējošās vielas mielīna dēļ. Šī izolācija uzlabo elektriskās vadīšanas ātrumu attālumos, ko aksoni aptver ķermenī. Smadzenēs var rasties lokāli savienojumi starp nemielinizētiem neironu šūnu ķermeņiem, ko sauc par pelēko vielu. Daži nervu ceļi patiesībā ir atšķirīgas šķiedras, kas pilda dažādas funkcijas, piemēram, corpus callosum, kas savieno daudzus smadzeņu labās un kreisās puslodes reģionus.
Daži refleksu ceļi darbojas bez smadzenēm. Ceļa raustīšanās refleksā jušanas neirons, kas nāk no ceļa locītavas, sinapsē ar muguras smadzeņu motoro neironu, kas izraisa vienas kājas muskuļa kontrakciju un tā paša muskuļa atslābināšanos pretējā kājā. Process notiek daudz ātrāk, nekā tas notiktu, ja to veicinātu smadzenes. Sarežģītāki nervu ceļi nav īsti refleksīvi, bet tā vietā saņem atgriezenisko saiti no augstākajiem smadzeņu reģioniem, piemēram, smadzeņu garozas. Tas palēnina signālu pārraides ātrumu caur tiem.
Sensoriskais neironu ceļš pārraida sajūtu no ķermeņa uz smadzenēm, savukārt motoriskie ceļi no smadzenēm pārnes norādījumus uz muskuļiem, kas kontrolē brīvprātīgas kustības. Viens no motoriem neironu ceļiem ir kortikospinālais vai piramīdas trakts. No garozas motora reģiona līdz muguras smadzenēm, piramīdas trakts pēc tam šķērso divus atsevišķus ceļus, no kuriem katrs kontrolē kustību vienā ķermeņa pusē. Kortikobulbārais trakts regulē sejas muskuļu brīvprātīgas kustības un iet no garozas uz smadzeņu stumbra kodoliem, kas kontrolē sejas galvaskausa nervus. Arkveida fasciculus ceļš savieno neironus, kas apstrādā runas atpazīšanu, ar tiem, kas nepieciešami skaņu vokālai atdarināšanai.
Smadzenēs daži ceļi darbojas caur īpašu ķīmisko vēstnesi, ko sauc par neirotransmiteru. Piemēram, dopamīns tiek izmantots daudzos veidos, lai veicinātu motivāciju, atalgojumu un smalko motoru kontroli, kā arī daudzas citas funkcijas. Dopamīns ir mezokortikālā neironu ceļa neirotransmiters, kas modulē atalgojuma uzvedību no vidussmadzenēm līdz smadzeņu garozas priekšējām daivām. Tā kā uz dopamīnu balstīts nigrostriatālais ceļš palīdz smalkām kustībām, tas bieži tiek slims ar kustību traucējumiem, piemēram, Parkinsona slimību.