Ajus olevate neuronite ülesanne on töödelda inimkehale vastuvõetud sise- ja välissisendit ning tagada keha nõuetekohane toimimine. Üksikud neuronid ei täida seda funktsiooni iseseisvalt, vaid ajus koos töötav neuronite kollektiiv käsitleb kõiki keha seest ja väljastpoolt tulevaid stiimuleid. Iga neuron on elektriliselt ergastav rakk, mis edastab teavet keemiliste ja elektriliste signaalide kaudu teistele neuronitele ning aju neuronirühmade kombineeritud signaalid võimaldavad hoolikalt töödeldud vastuseid sisendile.
Signaalide omavahelisel edastamisel toetuvad aju neuronid nii keemilistele kui ka elektrilistele andmetele. Keemilised signaalid edastatakse neuronite vahel neurotransmitterite kaudu, mis on väikesed molekulid, mis triivivad ühelt neuronilt teisele, et jätkata rada. Elektrilised signaalid edastavad andmeid neuronite endi kaudu, liikudes nende päritolust dendriitideks nimetatud vastuvõtjates, kuni jõuavad neuroni lõppu, kus keemiline signaalimine peab võimust võtma. Paljud inimese häired, millest mõned on ravitavad ja teised kurnavad, on tingitud vigadest elektrilise või keemilise signaali edastamisel aju neuronite vahel.
Kõik aju neuronid on struktuurilt sarnased, kuigi erinevatel ajupiirkondadel võib olla veidi erinev neuronite struktuur. Erinevad struktuurid annavad teatud neuronirühmadele erilised võimalused, mistõttu on erinevad ajupiirkonnad spetsialiseerunud erinevatele ülesannetele. Näiteks visuaalne ajukoor tegeleb silmade sisendiga ja motoorne ajukoor liigub. Iga ajupiirkond on millegi jaoks spetsialiseerunud ja erinevad ajupiirkonnad töötavad rutiinsete ülesannete täitmisel sageli koos. Populaarses kultuuris on levinud eksiarvamus, et inimesed kasutavad vaid väikest osa oma ajust, kuid see pole tegelikult tõsi; kogu aju võetakse järjekindlalt igapäevaselt kasutusele.
Teadus on näidanud, et aju neuronid on palju paremini kohanemisvõimelised, kui seni arvati. Aastaid usuti, et kui ajus tekib kahjustus, kaob kahjustatud neuronite funktsioon jäädavalt ja pöördumatult. Paljud hiljutised uuringud on näidanud, et aju suudab funktsioone ümber suunata alternatiivsete närviradade kaudu, mida nimetatakse plastilisuseks. Mõned inimesed, kellel on aju nägemiskeskused kahjustatud, näevad endiselt ja mõned inimesed, kellel on pool ajust puudu, võivad toimida suhteliselt normaalselt.