鱼类的神经系统由三部分组成，即中枢神经系统、外周神经系统和植物性神经系统。
中枢神经系统由脑和脊髓组成；脑：由大脑（端脑）、间脑、中脑、小脑和延脑5部分组成（所有脊椎动物均如此）；大脑由嗅脑（嗅叶）及大脑半球组成，除软骨鱼类和肺鱼外，绝大多数鱼类的大脑背壁无神经组织，主要由嗅神经组成特有的古脑皮，即嗅脑。大脑腹面有纹状体，是许多神经细胞集中形成的脑组织所在处。大脑内有第一、二脑室，大脑是鱼类的嗅觉和运动中枢。
间脑位于大脑之后，内部有第三脑室，其背面中央突出一条细长的脑上腺（松果体），其腹面有视神经，并形成视交叉，交叉后有一椭圆形的漏斗及与其相连的脑垂体（位于腹面）。脑垂体是重要的内分泌腺，可分泌多种激素。
中脑是位于间脑上方的一对椭圆形球体，又名视叶，是所有脊椎动物的视觉中枢。中脑内有中脑室，它是连接第三、四脑室的通道，常称为中脑导水管。中脑视叶在鱼类很发达。
小脑位于中脑的后方，其两侧有耳状或球形的小脑卷；是身体活动的主要调节中枢。
延脑位于脑的最后部，由位于中间的面叶和两侧的迷走叶组成，是鱼类的听觉、皮肤感觉、侧线感觉和呼吸的中枢，故延脑常有“活命中枢”之称。延脑内的脑室称为第四脑室。
脊髓是一条扁圆形的柱状管，前面与延脑相连，它位于脊柱的椎管（由各个椎体的椎本体、椎弓包围而形成）内，以其发出的脊神经与机体的各部分相联系。它是中枢神经系统的低级中枢。脊髓中央的管腔称中央管，它在前方与第四脑室相通。