Można wyróżnić przynajmniej następujące poziomy badań: Molekularny, komórkowy i biochemiczny – dzięki badaniom z zakresu biologii molekularnej, biologii komórki i biochemii dowiadujemy się o tym, z jakich molekuł zbudowane są komórki nerwowe i glejowe tworzące układ nerwowy, jakie zjawiska w tych komórkach zachodzą, jakie białka i jakie tłuszcze w nich występują, jakie funkcje pełnią te związki, a nawet jak ekspresja genów w komórkach nerwowych wpływa na funkcjonowanie tych komórek. Systemowy i behawioralny – komórki nerwowe potrafią odbierać informacje pochodzące ze środowiska, przetwarzają je oraz wytwarzają informacje sterujące mięśniami, generując ruch zwierzęcia. O ile molekularny/komórkowy poziom badań dostarcza wiedzy na temat, w jaki sposób komórki wytwarzają i przekazują sobie takie sygnały, to na poziomie systemowym uczeni zadają pytania o to, w jaki sposób kilka, kilkanaście, a nawet i kilkaset komórek nerwowych tworzy sieć wzajemnych połączeń przetwarzających określony rodzaj informacji. Taki określony funkcjonalnie zbiór pewnej grupy komórek nerwowych określany jest właśnie jako system, czy też inaczej, jako układ. Przykładem takich sieci neuronalnych mogą być systemy wzrokowy, słuchowy, czuciowy, smakowy, węchowy, układ kontroli ruchu, układ siatkowaty itd.