Все органы чувств и железы, вырабатывающие гормоны, передают информацию в мозг. Мозг перерабатывает химические сигналы и через нервную систему посылает команды телу. Работа мозга требует значительного расхода энергии, и, хотя его вес не превышает 1% от всего веса тела, он получает до 20% крови, перегоняемой сердцем. 

Головной мозг кошки состоит из миллиардов особых клеток — нейронов, каждая из которых имеет до 10 000 связей с другими клетками. У котенка в возрасте 7 недель сообщения передаются в мозгу со скоростью около 386 км/ч. С возрастом скорость передачи уменьшается. 

Анатомически головной мозг кошки похож на мозг любого другого млекопитающего. Мозжечок координирует двигательную активность, контролирует мышцы. Полушария большого мозга отвечают за сознание: обучение, эмоции и поведение, а ствол связывает их с периферической нервной системой. Главной магистралью, по которой информация от головного мозга доставляется ко всем частям тела, является спинной мозг. Информацию, получаемую от органов чувств, обрабатывает теменная доля мозга. Затылочная доля контролирует зрительные и осязательные сигналы, а обонятельная луковица перерабатывает запахи. 

За поведение кошки и ее память отвечает височная доля мозга. Гормон мелатонин, регулирующий сон и бодрствование, вырабатывает шишковидная железа. Она поддерживает 24-часовой ритм жизнедеятельности кошки. Гипоталамус выделяет различные гормоны (например, гормон окситоцин, стимулирующий процесс родов и выделение грудного молока у кошек) и управляет автономной нервной системой. Гипофиз вырабатывает гормоны, регулирующие выделение гормонов роста. Произвольные движения контролирует лобная доля мозга кошки, а мозолистое тело соединяет левое и правое полушария мозга. 

Эндокринная система — одна из основных в регуляции организма, система желез внутренней секреции, локализованных в центральной нервной системе, различных органах и тканях. Регулирующее влияние эндокринная система осуществляет через гормоны, для которых характерны высокая биологическая активность (обеспечение процессов жизнедеятельности организма, таких как рост, развитие, поведение и размножение). Центральным звеном эндокринной системы является гипоталамус и гипофиз. Периферическое звено эндокринной системы — щитовидная железа, надпочечники, а также яичники у кошек и яички у котов. 

• Антидиуретический гормон (АДГ), вырабатываемый гипоталамусом, регулирует концентрацию мочи. Также в гипоталамусе вырабатывается окситоцин и кортиколиберин, регулирующий выделение нижеследующего гормона.
• Адренокортикотропный гормон (АКТГ) заставляет надпочечники вырабатывать кортизол в ответ на стресс или опасность.
• Тиреотропный гормон (ТТГ) стимулирует деятельность щитовидной железы, которая, в свою очередь, контролирует скорость обмена веществ.
• Меланоцит-стимулирующий гормон (МСГ) ускоряет синтез мелатонина в шишковидной железе мозга.
• Образование половых гормонов, яйцеклеток и сперматозоидов контролируется фолликулостимулирующим гормоном (ФСГ) у кошек и лютеинизирующим гормоном (ЛГ) у котов.

Надпочечники расположены рядом с почками и состоят из коры и внутреннего мозгового вещества. Кора надпочечников вырабатывает кортизол и другие гормоны, играющие важную роль в регуляции обмена веществ и формировании реакции организма на травму. Мозговое вещество надпочечников продуцирует эпинефрин и норэпинефрин (более известные как адреналин и норадреналин). Эти гормоны контролируют частоту сердцебиения и расширение кровеносных сосудов.

• Незнакомый запах (на иллюстрации слева) стимулирует гипоталамус на выработку кортиколиберина;
• Кортиколиберин, в свою очередь, стимулирует гипофиз на выработку АКТГ, который через кровь передается надпочечникам;
• Поступив в надпочечники, АКТГ стимулирует производство кортизола в коре надпочечников, а в мозговом слое надпочечников в это время вырабатывается адреналин;
• Кортизол, произведенный корой надпочечников, подавляет выработку кортиколиберина, чтобы защитная реакция была под контролем.

Надпочечники являются жизненно важным элементом биологической системы обратной связи, контролирующей реакцию «сражайся-или-беги» и оказывающей непосредственное влияние на поведение кошки. Механизмы обратной связи определяют настроение кошек, их общительность и приручаемость.