Le règne animal (par opposition aux végétaux, champignons, bactéries) est caractérisé par la capacité de mouvoir un organisme composé de quelques milliers à plusieurs centaines de milliards de cellules. Cette capacité repose sur la présence d'un réseau complexe de cellules nerveuses qui permettent de coordonner tout le système moteur. Par ailleurs, différents capteurs sensoriels réagissent à certaines données physiques de l'environnement et transmettent cette réaction au réseau sous forme d'influx nerveux. On voit donc le double rôle du système nerveux, à la fois pour la transmission de l'information motrice (coordination des mouvements) et la transmission de l'information sensorielle.
Le maintien de l'intégrité physique de l'organisme et la recherche de nourriture et de partenaires sexuels nécessite de prendre en compte les données de l'environnement dans la mise en 
uvre de l'action.
Dans la mesure où l'environnement présente un certain degré de permanence, il existe des stratégies d'actions menant plus sûrement aux buts recherchés lorsque certaines entrées sensorielles sont présentes.
Ainsi, selon un objectif de survie de l'individu, le système nerveux inclut des couplages entre des influx sensoriels et des actions.
Certains stimuli entraînent préférentiellement certaines actions.
La nature des actions engagées expriment les choix (ou prises de décision) de l'organisme.
Si les canaux sensoriels sont nombreux et précis, le réseau nerveux gagne en efficacité s'il possède un lieu qui centralise et intègre toutes ces données afin d'effectuer à la fois un tri sur ces données, entre celles qui sont intéressantes et celles qui sont indifférentes, et un choix d'action en fonction des données pertinentes. Ce noyau central constitue le cerveau. Il atteint chez certains organismes, en particulier l'homme, un degré de complexité extrême.
La complexité du cerveau de nombreux organismes évolués ne peut être codée exclusivement dans le génôme. L'évolution naturelle a favorisé l'apparition d'un système qui permet d'adapter les couplages aux données de l'expérience. Les couplages, qui déterminent le choix des actions à produire, ne sont pas figés à la conception. Selon la réussite ou l'échec des actions tentées, un système d'évaluation de ces actions conduit à les favoriser (ou à les défavoriser) en modifiant en conséquence la valeur des couplages. C'est dans le cadre de cette évolution que l'on peut parler de mémorisation (l'action passée influence l'action future).
Tout comportement cognitif s'inscrit ainsi dans un ensemble de choix, dans le cadre d'interactions avec l'environnement, et dans l'évolution qui conduit à affiner ces choix (on peut aussi parler de co-évolution de l'organisme et de son environnement [3]).
Les connaissances actuelles sur le système nerveux portent principalement sur le fonctionnement de la cellule nerveuse elle-même. La compréhension du fonctionnement du réseau reste pour l'essentiel l'objet de conjectures. L'affinement progressif des techniques d'observation du cerveau, ainsi que le développement de modèles mathématiques pour le traitement distribué de l'information, permettent néanmoins de lever quelques voiles sur la nature et la fonction des interactions entre neurones (et entre groupes de neurones). Les sections qui suivent proposent une revue rapide des acquis et des hypothèses concernant le fonctionnement du cerveau.