Центральная нервная система рыб состоит из спинного и головного мозга. Спинной мозг проходит в спиномозговом канале позвоночника, образованном соединенными верхними отростками позвонков. Данный канал предохраняет спинной мозг от повреждений. Головной мозг защищен черепной коробкой. В эмбриональный период он образуется путем видоизменения передней части нервной трубки. Головной мозг рыб имеет маленький размер по-сравнению с более высокоорганизованными позвоночными.
Головной мозг рыб состоит из пяти отделов. Это передний, промежуточный, средний, продолговатый мозг и мозжечок. Продолговатый мозг переходит в спинной мозг. Наибольшего развития у рыб (по-сравнению с другими отделами мозга) достигает мозжечок и средний мозг. Мозжечок отвечает за управление движениями, а у многих рыб они достаточно сложные. У менее подвижных рыб мозжечок не так сильно развит. Средний мозг анализирует зрительную информацию. И хотя рыбы в дали не видят, вблизи они видят хорошо и получают много информации об окружающей среды посредством глаз. Следовательно, отдел мозга, отвечающий за обработку этой информации, должен быть достаточно развит. В переднем мозге рыб находится центр обоняния, в продолговатом — слуха и осязания, а также координации дыхания, пищеварения, кровообращения.
Передний мозг у подавляющего большинства рыб, в отличие от более высокоорганизованных позвоночных, не образует двух полушарий, что говорит о примитивности его строения. Впереди он продолжается в обонятельные доли, от которых отходят обонятельные нервы.
В промежуточном мозге рыб есть эпифиз и гипофиз (они образуются как выросты промежуточного мозга). Это железы внутренней секреции, которые наряду с нервной системой рыб регулируют согласованную работу организма как открытой системы.
Нервная система рыб включает не только спинной и головной мозг, но и отходящие от них нервы (периферическую нервную систему). Нервы тянутся к мышцам и различным органам тела рыбы (в том числе органам чувств). Нервы, отходящие от головного мозга, называются черепно-мозговыми (их десять пар). Большинство из них связаны с органами чувств, расположенными на голове. Нервы, отходящие от спинного мозга, называются спинномозговыми. Они иннервируют туловище и хвост.
Несмотря на примитивность организации головного мозга, у рыб могут вырабатываться условные рефлексы.
