Вегетативная нервная система иннервирует внутренние органы, обеспечивая регуляцию их работы, отвечает за адаптацию организма к условиям внешней среды. Не подчиняется сознанию. Вегетативная нервная система имеет двухнейронное строение. Тела первых нейронов располагаются в спинном, продолговатом или среднем мозге, а вторых - в вегетативных ганглиях. Делится на симпатическую и парасимпатическую системы. Симпатическая нервная система иннервирует все внутренние органы. Парасимпатическая система иннервирует все, кроме сосудов скелетных мышц, мозгового слоя надпочечников и потовых желез. Симпатическая и парасимпатическая системы оказывают противоположное влияние на работу внутренних органов. При повышении активности симпатической нервной системы зрачок расширяется, бронхи расширяются, дыхание учащается, слюноотделение тормозится, сердцебиение учащается, сужаются некоторые сосуды, давление повышается, пищеварение затормаживается, стенки мочевого пузыря расслабляются, что ведет к накоплению мочи, повышается адреналин в крови, усиливается потоотделение, повышается свертываемость крови. При повышении активности парасимпатической нервной системы зрачки сужаются, бронхи сужаются, дыхание становится более редким, усиливается слюноотделение, замедляется сердцебиение, некоторые сосуды расширяются, давление понижается, пищеварение активируется, стенки мочевого пузыря сокращаются, что ведет к выводу мочи.
Симпатическая нервная система обеспечивает работу внутренних органов, когда они находятся в состоянии стресса, физического и эмоционального напряжения, а парасимпатическая - в состоянии покоя. Симпатическая нервная система также называется тораколюмбальной (грудо-поясничной), так как тела первых нейронов лежат в боковых рогах серого вещества спинного мозга грудного и поясничного отделов. От нейронов отходит аксон, выходящий через передние рога серого вещества, он доходит до ганглий симпатической цепочки и переключается на второй нейрон. Аксоны вторых нейронов доходят до иннервируемых органов. Симпатические цепочки состоят из 21-22 ганглиев. Аксоны первых нейронов могут не прерываться в ганглиях симпатической цепочки, а доходить до крупных симпатических ганглий (например, солнечного сплетения), где происходит переключение на вторые нейроны. Медиатором симпатической нервной системы является норадреналин.

Парасимпатическая нервная система называется также краниосакральной ("cranium" - "череп", "sacrum" - "крестец"). Тела первых нейронов лежат в головном мозге или крестцовом отделе спинного мозга. В среднем мозге начинается глазодвигательный нерв, обеспечивающий суживание зрачка. Там же начинаются лицевой и языкоглоточный нервы, иннервирующий слюнные железы. Вторые нейроны этих трех нервов находятся в ганглиях возле иннервируемых органов. В продолговатом мозге начинается блуждающий нерв, иннервирующий почти все внутренние органы, кроме мочеполовой системы. Переключение с первого на второй нейроны происходит в ганглиях, находящихся в самом органе (интроамуральные ганглии). В крестцовом отделе тела первых нейронов лежат в боковых рогах серого вещества спинного мозга, аксоны выходят через передние рога, доходят до иннервируемых органов и в интроамуральных ганглиях идет переключение на вторые нейроны. Медиатором парасимпатической нервной системы является ацетилхолин.
Высшим центром регуляции вегетативной нервной системы является гипоталамус (передний отдел - парасимпатическая, задний - симпатическая нервная система).