Cientistas e médicos encontram dois tipos principais de tecido quando examinam amostras do cérebro e medula espinhal — substância branca e substância cinzenta. Estes dois tipos de tecido estão localizados em diferentes áreas do sistema nervoso central, contêm diferentes tipos de células e realizam diferentes funções. Também são diferenciados por doença; os diferentes sintomas produzidos por sintomas neurológicos dependem parcialmente se essas doenças atacam substância branca ou cinzenta. Para manter as pessoas saudáveis e funcionais, tanto a substância cinzenta como a branca precisam de estar intactas.
As células mais importantes no seu cérebro e medula espinhal são neurónios, que são as células que lhe permitem pensar, sentir, mover e falar. Existem duas partes básicas num neurónio. O corpo celular, que é aproximadamente esférico, recebe inputs de muitos outros neurónios. O axónio, um apêndice longo e fino, está conectado ao corpo celular e ajuda o neurónio a enviar mensagens a outros neurónios. Esta anatomia do neurónio, com uma porção "ouvinte" e uma "falante", permite neurónios comunicarem entre si, o que lhe permite sentir ou ver algo, decidir o que fazer e responder.
A substância cinzenta é composta principalmente por corpos celulares neuronais, todos agrupados em localizações específicas no cérebro e medula espinhal. Toda a substância cinzenta no seu cérebro externo forma o córtex cerebral, que realiza quase todos os seus pensamentos conscientes. Há também substância cinzenta mais profunda no seu cérebro; estruturas como o tálamo e gânglios basais também são substância cinzenta, e ajudam-no a sentir o ambiente e coordenar os seus movimentos.
A substância branca é composta principalmente pelos axónios conectados aos corpos celulares neuronais. Obtém a sua cor branca porque a maioria destes axónios são revestidos por uma bainha chamada mielina. A mielina ajuda a acelerar a condução nervosa, para que mensagens viajem mais rápido pelo seu cérebro. A substância branca também contém células de suporte chamadas glia, que ajudam neurónios a obter nutrição e protegem o cérebro de infeção.
No cérebro, a substância cinzenta compõe a superfície mais externa e algumas estruturas mais profundas, enquanto a substância branca tende a compor partes do cérebro mais próximas do meio. Portanto, uma lesão cerebral que não penetra muito profundamente é mais propensa a lesionar substância cinzenta do que branca. Este arranjo é invertido na medula espinhal; a substância cinzenta compõe o centro da medula espinhal, enquanto a substância branca compõe a porção externa.
Diferentes doenças do sistema nervoso afetam diferentes partes do cérebro, e portanto causam diferentes sintomas. Muitas doenças que afetam cognição e pensamento superior envolvem a substância cinzenta do córtex cerebral; por exemplo, cientistas descobriram que pacientes com Doença de Alzheimer perdem corpos celulares na substância cinzenta, segundo artigo de 2003 "Dinâmica da Perda de Substância Cinzenta na Doença de Alzheimer" no "The Journal of Neuroscience". Doenças que afetam substância branca podem afetar transmissão de sinal, mas podem não afetar cognição; esclerose múltipla é exemplo de tal doença.