Sinir sistemi veya sinir ağı, canlılarların içsel ve dışsal çevresini algılamasına yol açan, bilgi elde eden ve elde edilen bilgiyi işleyen, vücut içerisinde hücreler ağı sayesinde sinyallerin farklı bölgelere iletimini sağlayan, organların, kasların aktivitelerini düzenleyen bir organ sistemidir. Sinir sistemi iki bölümden oluşur. Merkezi sinir sistemi (MSS) ve çevresel sinir sistemi (ÇSS). MSS, beyin ve omurilikten oluşur. ÇSS, MSS'yi vücudun diğer tüm kısımları ile bağlayan uzun fiberlerden oluşur. ÇSS, motor nöronları, dolaylı istemli hareket, otonom sinir sistemi, sempatik sinir sistemi, parasempatik sinir sistemi, düzenli istemsiz işlevler ve enterik sinir sisteminden oluşur.

Beyine sahip sistem düşünce ve duygu üretmez veya iletmez. Sinir sistemi,süngerler dışında çoğu çok hücreli hayvanlarda bulunur. Fakat çok karmaşık yapıya sahiptir. Sinir sistemi olmayan çok hücreli organizmalar, süngerler, placozoalar ve mesozoalar çok basit vücut yapısına sahiptir. Taraklılar ve knidliler (örn, anemones, hydras, corals ve denizanalarındaki) sinir sisteminde farklı bir sinir ağı vardır. Birkaç solucan türü hariç, diğer tüm hayvan türlerinde, bir beyin ve bir omurilikten (veya paralel çalışan iki omurdan) oluşan sinir sistemi vardır. Bunlardaki sinirler, beyin ve omurilikten dağılır. En basit solucanlarda sinir sistemi, birkaç yüz hücreden oluşurken, insanlarda 100 milyarlarca sinir hücresi (nöron) bulunur.

Sinir sisteminin en basit işlevi, bir hücreden diğerine veya vücudun bir parçasından diğerlerine sinyal iletmektir. Sinir sisteminin işlev bozukluğu çok çeşitli biçimlerde olabilir. Bunlara genetik bozukluk, travma, zehirlenme, fiziksel yaralanma, enfeksiyon veya erken yaşlanma (progeria) örnek verilebilir. Ayrıca sinir sistemi ile ilgili menenjit, şizofreni, Alzheimer hastalığı, kortikal görme bozukluğu, Parkinson hastalığı, epilepsi (sara), multipl skleroz (MS) gibi hastalıklar vardır. Tıppın nöroloji ihtisas alanı sinir sistemi bozukluğunun nedenleri ile ilgilenir ve bozukluğu önlemek için araştırma ve müdahale yapar. Çevresel sinir sisteminde, en yaygın meydana gelen problem türü, çeşitli nedenlerden dolayı ortaya çıkan sinir iletimi arızasıdır. Bunlara diyabet nöropati ile sinir hücreleri kaybına neden olan multipl skleroz ve amyotrofik lateral skleroz örnek verilebilir.