Для осуществления рефлекса необходимо наличие специального пути, которое распространяется нервное возбуждение. Цепь последовательно связанных между собой нейронов образует рефлекторную дугу, которая и является материальным субстратом рефлекса.
Простейшая рефлекторная дуга состоит из двух нейронов: афферентного (чувствительного) и эфферентного (двигательного). Примером двонейроннои рефлекторной дуги может служить сухожильных-мышечный коленный рефлекс.
Рефлекторная дуга есть структурно-функциональной единицей нервной системы. Начинается она рецептором, воспринимающим и трансформирует раздражения в нервный импульс, который затем передается на центростремительное, или афферентным (чувствительное), нервное волокно, а с него – на ассоциативный (вставной) нейрон, который передает импульс на центробежное, или эфферентные (двигательное) , нервное волокно, связанное непосредственно с эффектором или рабочим органом. Таким образом, роль нейронов в рефлекторной дуге неравноценная, каждый из них отвечает за отдельный отдел рефлекторной деятельности. Вставных нейронов может быть и несколько. Чем их больше, тем сложнее рефлекторная дуга. Центрально импульс по цепи вставных нейронов достигает коры большого мозга, а оттуда центробежно попадает на эффектор. Такая рефлекторная дуга является сложной, и с ее помощью осуществляется множество сложных координированных движений человека.
С.П. Боткиным выяснено и доказано явление нервизма, под которым И.П. Павлов понимал «физиологическое направление, который пытается распространить влияние нервной системы на возможно больший объем деятельности организма».