Одним из важнейших свойств живой материи является раздражимость. Ее совершенствование привело к специализации некоторых структур простейших живых организмов, отдельных клеточных элементов и обусловило развитие нервной ткани.
Раздражимостью обладают уже простейшие одноклеточные организмы, в частности амеба. Раздражимость у амебы имеет поверхностно-внутреннюю полярность. Луч света раздражает поверхность амебы, что ведет к ее перемещению из освещенной зоны в тень, осуществляемому благодаря повторяющимся изменениям формы организма (метод таксиса). Жгутиковым одноклеточным организмам свойственна уже определенная специализация участков ее поверхности и обусловленная этим переднезадняя (апико-базилярная) полярность.
Многоклеточные простейшие живые существа, например гидра, содержат дифференцированные, имеющие повышенную раздражимость клетки; они находятся в поверхностном слое организма, а их отростки направлены внутрь него и образуют асинаптическую сеть (синцитии). Раздражение поверхности гидры ведет к возникновению у нее слабо дифференцированных двигательных реакций.
Более сложно нервная система организована у червей, в теле которых продольно оси находятся две параллельные цепочки нервных узлов (ганглиев), при этом каждая их пара, расположенная в плоскости одного и того же поперечника, обеспечивает чувствительность и сокращение тканей соответствующего ей фрагмента (сегмента) тела червя. По сути, на данном этапе развития живого проявляется метамерное строение организма. Метамеры (сегменты тела) обладают определенной автономией. В связи с этим части перерезанного лопатой дождевого червя способны к самостоятельному существованию. У членистоногих (например, у пчелы) наряду с парой параллельно расположенных цепочек ганглиев имеется интегрирующий их функцию непарный надглоточный (головной) узел, без которого живое существо оказывается нежизнеспособным.
У позвоночных нервная система развивается из медуллярной трубки, образующейся из наружного (эктодермального) зародышевого листка, при этом у
прародителя позвоночных — ланцетника — наблюдается метамерность строения нервной трубки и всего организма. У более сложно организованных позвоночных в процессе их эволюции происходит утолщение переднего конца нервной (медуллярной) трубки, образование так называемых нервных пузырей, из которых происходит формирование головного мозга. Головной мозг в процессе формирования более высоких уровней развития позвоночных (рыбы, амфибии, рептилии, птицы, млекопитающие) имеет все более сложное строение, при этом прогрессирующая цефализация нервной системы сочетается с метамерией, которая отчетливо выражена у всех млекопитающих, в том числе и у человека.