Le système nerveux central peut être divisé en la matière blanche et la matière grise. Ces deux divisions ont gagné leurs noms en raison de la différence de leur apparition dans l'anatomie humaine brute. La substance blanche apparaît blanche due à la présence de grandes quantités de myéline, une protéine gras qui remplit une fonction d'isolation pour la transmission du signal. La matière grise apparaît gris-brun en raison de la présence de corps et capillaires de cellules neuronales, ainsi que le manque relatif de la myéline. La matière blanche et la matière grise sont différentes en raison de leurs composants, les fonctions et les endroits à la fois dans le cerveau et la matière de la moelle épinière.
La matière blanche est parfois appelée substantia alba. Il contient voies axonales myélinisées qui relient les différents domaines de la matière grise dans le cerveau et la moelle épinière. Ces axones myélinisés portent des influx nerveux d'un neurone à l'autre. La présence de la myéline permet une transmission plus rapide des signaux nerveux.
En outre, la matière blanche peut encore être divisé en secteurs de projection, les secteurs commissure, et les secteurs de l'association. Les secteurs de projection comportent des signaux nerveux du cortex à d'autres régions du cerveau, du cerveau ou d'autres tissus du corps. Voies commissurales permettent hémisphères cérébraux droit et gauche de communiquer. Tracts Association transportent des signaux nerveux d'un lobe corticale à l'autre.
La matière grise est parfois appelée substantia grisea. Elle contient essentiellement des corps cellulaires, les dendrites et synapses. Autres composantes de la matière grise comprennent neuropile, cellules gliales, et capillaires. Neuropile est le terme collectif pour dendrites et des axones et peut être myélinisées ou amyéliniques, tandis que les cellules gliales se réfèrent à des astrocytes et des oligodendrocytes. A la différence de la substance blanche, qui sert principalement à transmettre les signaux nerveux, la matière grise est lorsque ces signaux sont générés et traités.
La matière blanche et la matière grise diffèrent également en termes de distribution. Dans le cerveau, la matière grise se trouve sur la surface du cortex cérébral et du cervelet. On le trouve également dans les parties les plus profondes du cerveau, en particulier les noyaux gris centraux, le thalamus, l'hypothalamus et différents noyaux sous-thalamiques. Dans les parties les plus profondes du cervelet, la matière grise est présente que le denté, globuleux, ombelliforme, et les noyaux fastigiaux, tandis que dans les parties les plus profondes du cerveau souches il est présent que la substance noire ainsi que le rouge, l'olive, et crânien noyau nerveux. La matière grise est également constatée dans la partie antérieure, latérale et cornes postérieures de la moelle épinière.
En revanche, la substance blanche forme une grande partie de la matière cérébrale profonde et les couches superficielles de la moelle épinière. Il se connecte le cortex avec les parties les plus profondes du cerveau, et relie les deux hémisphères cérébraux par une structure appelée corps calleux. La matière blanche située dans les parties les plus profondes du cervelet est parfois appelé thuyas. Dans la moelle épinière, la matière blanche est plus superficielle que la matière grise, et entoure les différentes cornes.
La matière blanche et la matière grise diffèrent également en fonction de leur contribution au volume du cerveau et leur consommation d'énergie. Bien que la substance blanche constitue environ 60% du volume du cerveau, la matière grise représente les 40% restants. La matière grise, cependant, est plus consommatrice d'énergie et utilise jusqu'à environ 94% de l'oxygène total qui se dirige vers le cerveau.