Нервная система функционирует в тесной связи с эндокринной системой, направляя все жизненные функции кошки. Нервная система быстро реагирует как на внутренние, так и на внешние события. Одни нервные процессы кошка может контролировать сознательно, другие же координируются на более глубоком — подсознательном — уровне. 

Нервная система условно делится на две части — центральную и периферическую. На самом деле нервная система работает как единое целое, и многие ее элементы можно отнести как к центральной, так и к периферической системе. 

Центральная нервная система состоит из головного и спинного мозга — командного центра и своего рода «шоссе» для проведения нервных импульсов по обоим направлениям. 

Периферическая нервная система получает информацию о температуре, прикосновениях, давлении и боли и передает инструкции мышцам. Она состоит из черепно-мозговых, спинномозговых и периферических нервов. 

Черепно-мозговые нервы отвечают за сокращение лицевых мышц и передачу информации от органов чувств. Спинномозговые нервы выходят из спинного мозга по всей его длине, связывая отдаленные участки тела с центральной нервной системой. 

Нервная система состоит из нервных клеток нейронов и поддерживающих их клеток, которые производят миелин. 

От тела нейрона отходят веточки — дендриты, которые получают информацию от других клеток. У каждой клетки есть еще и один длинный отросток — аксон, посылающий сообщения другим нервным клеткам или непосредственно органам. Все эти сообщения переносят нейромедиаторы, или трансмиттеры — химические вещества, вырабатываемые в аксонах. Нервная система кошки постоянно передает и получает огромное количество сообщений. Каждая клетка посылает сообщения тысячам других клеток. 

Миелин — это жировая защитная мембрана, покрывающая наиболее крупные аксоны и увеличивающая скорость передачи сообщений между нервами. Нервное волокно состоит из аксона, миелиновой оболочки и клетки, которая вырабатывает миелин. 

Миелин вырабатывается в центральной нервной системе клетками, которые называются олигодендроцитами, а также в периферической — нейролеммоцитами. Немногие нервы имеют миелиновую оболочку при рождении, но у котят нервы миелинизируются быстро и очень эффективно. 

Многие функции нервной системы находятся под произвольным (волевым) контролем. Когда кошка видит жертву, она контролирует свои мышцы так, чтобы точнее прыгнуть на нее. Сенсорные нервы передают сообщения мозгу, а моторные передают инструкции мозга мышцам, заставляя их работать так, как нужно кошке для более точного прыжка. Однако другие формы деятельности могут протекать непроизвольно. Обычно это деятельность внутренних органов, регуляция частоты сердцебиения и дыхания, процессы пищеварения. 

Такая непроизвольная деятельность регулируется вегетативной нервной системой, которая состоит из двух частей: симпатической и парасимпатической. Первая стимулирует деятельность, вторая угнетает ее. 

Когда кошка отдыхает, непроизвольную деятельность контролирует парасимпатическая часть нервной системы: зрачки кошки сужены, сердцебиение и дыхание медленные и регулярные. Когда кошка нервничает, в работу вступает симпатическая нервная система: она активизирует гипоталамус и гипофиз мозга, стимулируя работу надпочечников (см. выше, подраздел «Эндокринная система») и подготавливая защитную реакцию. Кровь поступает из внутренних органов в мышцы; подкожные выпрямительные мышцы заставляют шерсть вставать дыбом, сердцебиение ускоряется, зрачки расширяются, чтобы кошка могла лучше видеть.