Каждый психический процесс, состояние или свойство человека определенным образом связаны с работой всей центральной системы.
Ощущения возникают в результате переработки ЦНС воздействий на разные органы чувств различных видов энергии. Она поступает на рецепторы в форме физических стимулов, преобразуется, передается далее в ЦНС и окончательно перерабатывается, превращаясь в ощущения в коре головного мозга. В целом физиологический механизм формирования ощущений представлен так: на многочисленные интеро- и экстерорецепторы ежесекундно воздействует масса разнообразных стимулов, причем лишь незначительная часть из них вызывает реакции в рецепторах. Попадая на специализированные рецепторы, они возбуждают их; рецепторы преобразуют энергию воздействующих импульсов в нервные импульсы, которые в закодированном виде несут в себе информацию о жизненно важных параметрах стимула. Далее эти импульсы попадают в ЦНС и на разных ее уровнях – спинного, промежуточного, среднего и переднего мозга – многократно перерабатываются. С помощью ассоциативных волокон, связывающих между собой отдельные части коры головного мозга, эта информация, вначале представленная на уровне отдельных ощущений, интегрируется, вероятно, в образы.
Образ, складывающийся в результате восприятия как психофизиологического процесса, предполагает согласованную, координированную деятельность сразу нескольких анализаторов. В зависимости от того, какой из анализаторов работает активнее, перерабатывает больше информации, получает наиболее существенные признаки о свойствах воспринимаемого предмета, различают и виды восприятия. В восприятии и формировании образа различную роль играют левое и правое полушария. Для правого полушария характерны высокая работа по опознанию, его точность и четкость (интегрально-синтетический способ познания). С помощью же левого полушария осуществляется в основном аналитический подход к формированию образа, классификация явлений и отнесение их к определенной категории через обозначение словом.
Физиологический механизм внимания состоит в том, что общая сосредоточенность его связана с повышением возбудимости коры головного мозга в целом или ее отдельных участков, а также с активностью отдельных частей ретикулярной формации. Отделы ретикулярной формации, вызывающие специфический эффект возбуждения, функционируют, по-видимому, в рамках анатомо-физиологической системы доминанты.
В психологии существует достаточное количество гипотез о тех или иных физиологических основах памяти. Предполагается, что память соотносится с изменениями в структуре молекул РНК, а также с содержанием РНК в тех или иных образованиях мозга. Носителем прочной глубокой памяти человека является, по-видимому, ДНК, которую к тому же считают входящей в механизм наследственности. Двигательная память связана с работой мозжечка, оперативная – с гипокампом. Анатомо-физиологической основой низших или простейших эмоций являются лимбические структуры ЦНС, а также процессы, происходящие в таламусе и гипоталамусе.