大脑依靠神经元和突触来存储、处理和检索信息。神经元和突触在同一空间内执行所有功能，避免了冯·诺依曼架构面临的数据传输问题。神经元通过离子电流传输电信号，并使用神经递质通过称为突触的小间隙与邻近神经元进行通信。突触具有一种称为突触可塑性的重要特性，此视频包含对突触可塑性的简单而深入的介绍及其重要性：https://www.youtube.com/watch?v=tfifTUYuAYU（Brains Explained，2014 年）。突触可塑性允许神经元调整与其他神经元的连接，从而允许大脑“重新编程”。神经形态计算应用这些原理来开发计算固态电路，这些电路在代表神经元的相同重复结构中存储和处理数据，这些结构通过代表突触的记忆保存连​​接进行通信（Indiveri，2013 年）。然而，模拟具有记忆的突触是一项艰巨的挑战。目前，神经形态计算的研究正在探索用有机和无机材料来代替神经形态电路中的突触。