O estímulo desencadeia mudanças na célula receptora, como alterar o potencial elétrico através da membrana, transduzindo-o em um sinal neural.
Seja diretamente, como no sistema da visão, ou pela medula espinhal, como no sistema somatossensorial, que transporta informações de toque da pele.
Enquanto os caminhos exatos variam, a maioria das informações sensoriais viaja para o tálamo do cérebro e são enviadas para regiões do córtex cerebral dedicadas a processar determinados tipos de estímulos.
A partir daqui, os sinais são enviados para outras áreas do córtex cerebral, permitindo a integração de informações e processamento de nível superior.
Os sistemas sensoriais incluem os sistemas visual, auditivo, gustatório (paladar), olfato(cheiro), somatosensorial (toque, dor, temperatura e propriocepção) e vestibular (equilíbrio, orientação espacial).
Todos os sistemas sensoriais possuem células receptoras especializadas para detectar um determinado tipo de estímulo. Por exemplo, as células ciliadas no ouvido interno têm cílios que se movem na presença de ondas sonoras, enquanto os neurônios receptores olfativos na cavidade nasal têm receptores que se ligam a moléculas odorantes.