Duyusal sinirler, uyarıcılara cevap olarak beyne doğru sinyal taşıyan periferik sinir sisteminin damarlarıdır. Bu tür uyaranlar, sıcaklıktaki değişikliklerde olduğu gibi çevresel olabilir; doku gibi dokunuşla ilgili ipuçları verin; ağrı hissinde olduğu gibi yaralanması; veya bir iç organın durumu ile ilgilidir. Beyindeki dürtüleri taşıyan ve beyinden kaslara giden ve hareket etmelerini söyleyen motor sinirlerden ayrılırlar. Duyusal sinirler, beynin buna göre aldığı ve yanıt verdiği afferent sinyaller olarak bilinen şeyi iletir.
Nöron adı verilen sinir hücresi zincirlerinden oluşan duyusal sinirler periferik sinir sisteminin bir parçasıdır. Merkezi sinir sisteminin bir parçası olan omurilikten vücudun içindeki reseptör hücrelere yayılarak, vücudun neredeyse tüm dokularına nüfuz ederler. Ayrıca, sinir uyarılarını merkezi sinir sisteminden uzağa ilettikleri için efferent olarak adlandırılan motor sinirlerle eşleşme eğilimindedirler. Örneğin, sıcak bir soba dokunulduğunda, parmak uçlarındaki duyu reseptörleri, sinirler boyunca beyine bu uyarının hem sıcak hem de acı verici olduğunu söyleyen bir mesaj gönderir. Buna cevap olarak, beyin, motor sinirleri boyunca kol ve el kaslarının içine zarar veren, hızlı bir şekilde kasılmalarına ve böylece elin geri çekilmelerine neden olan bir itici güç gönderir.
Duyusal sinirler içerisinde sinir hücreleri, lifler halinde toplanır ve işlevlerine göre sınıflandırılabilecek reseptörlerle sonlanır. Söz gelimi, nosiseptörler, beynin yaralandığını bildiren ve ağrı yanıtı veren, fotoreseptörler ışığa, mekanik ileticiler ise dokunma ve baskıya cevap verenlerdir. Ek olarak, burun içindeki koku alma reseptörleri kokuları algılarken, dildeki tat alıcıları gıdadaki lezzetleri tespit eder.
Duyusal sinirler, bu reseptörlerden gelen mesajları, sinir impulsu olarak bilinen elektriksel bir sinyal yoluyla iletir. Sinir impulsları, duyu sinirlerinin omuriliğe girdiği yer olan sinir köklerine doğru ve omurilikten beyindeki ilgili merkezlerine doğru yürütülür. Beyin bu mesajları yorumlamaktan sorumludur, örneğin ayakla sürülen dengesiz bir yüzeyin üzerinde yürümek için güvenli olup olmadığı. Uyaranlar beyinde alındıktan ve yorumlandığında, uygun cevabı belirler. Daha sonra omurilikten aşağıya, motor sinirlerinden dışarı ve ilgili kaslara bir mesaj göndererek ona göre hareket etmelerini söyler.
