Сначала привыкание не требует долговременных изменений в головном мозге. Оно присутствует почти у всех животных, включая морских слизней, плодовых мух и даже одноклеточные организмы. Привыкание опирается на кратковременные изменения, такие как накопление или ослабление межклеточных химических сигналов, которые затем подавляют нейроны или мешают синаптическим окончаниям выделять нейротрансмиттеры.
Сходные химические сигналы также связаны с новыми впечатлениями. Эти сигналы могут вызвать долговременные изменения в структуре и составе нейронов и синапсов, «строительных кирпичиков» обучения. Большинство этих перемен не приводит к образованию новых нейронов. Почти все нейроны, которые содержатся в мозге, уже присутствуют вскоре после рождения. Затем новые нейроны образуются лишь в обонятельной луковице (часть гиппокампа) и в неокортексе. Поскольку нейроны формируют большую часть аксонов и дендритов в первые несколько лет жизни, возможные места, где нейроны могут сформировать новые синапсы, тоже ограниченны.
С учетом этих обстоятельств обучение у старших детей и взрослых происходит с участием существующих нейронов и соединительных синапсов. Синапсы могут становиться сильнее или слабее по мере добавления или устранения нейротрансмиттерных рецепторов либо вероятности выделения нейротрансмиттера при активации предшествующего нейрона. Информация в головном мозге как реакция на внешние события или внутренние процессы движется по нейронным путям, которые активируются в соответствии с определенными схемами и последовательностями.