Das somatosensorische System gibt sensorische Informationen von der Haut, den Schleimhäuten, den Gliedmaßen und den Gelenken weiter. Die Somatosensorik ist daher als der Tastsinn bekannter. Ein typischer somatosensorischer Signalweg umfasst drei Arten von langen Neuronen: primäre, sekundäre und tertiäre. Primäre Neuronen haben Zellkörper und befinden sich in der Nähe des Rückenmarks als Neuron-Gruppen, den sogenannten Dorsalganglien. Die sensorischen Neuronen der Dorsalganglien innervieren bestimmte Bereiche der Haut, welche Dermatom genannt werden.

In der Haut wandeln spezialisierte Strukturen, so genannte Mechanorezeptoren, mechanischen Druck oder Verzerrung in Nervenimpulse um. In der unbehaarten Haut können die meisten Störungen durch einen von vier Typen von Mechanorezeptoren erkannt werden. Zwei von ihnen, Merkel-Tastscheiben und Ruffini-Körperchen, adaptieren sich langsam auf Reize und reagieren anhaltend auf Reize, die in Kontakt mit der Haut bleiben. Merkel-Tastscheiben reagieren auf leichte Hautberührungen. Ruffini-Körperchen erkennen tiefere statische Berührungen, Hautdehnung, Gelenkverformung und Wärme.

Die beiden anderen wichtigen kutanen Mechanorezeptoren, die Meissner-Körperchen und Vater-Pacini-Körperchen, passen sich sehr schnell an. Diese Mechanorezeptoren erkennen dynamische Reize, wie sie zum Lesen der Blindenschrift benötigt werden. Meissner-Körperchen reagieren auf sanfte Berührung und Druck sowie auf niederfrequente Vibrationen. Vater-Pacini-Körperchen reagieren am besten auf tiefen, sich wiederholenden Druck und hochfrequente Vibrationen. Die von diesen Mechanorezeptoren erfassten Informationen werden dann in Richtung des Zellkörpers im Dorsalganglion weitergeleitet.

Die Primärneuronen von den Dorsalganglien erstrecken ihre Axone in das Rückenmark und leiten die Ausbreitung der somatosensorischen Information vom Körper zum Gehirn weiter. Die Axone enden in der Medulla, wo sie Synapsen bilden und mit sekundären Neuronen kommunizieren. Bis zu diesem Zeitpunkt ist das Signal ipsilateral geblieben, dass heißt auf der gleichen Körperseite, auf der der Stimulus zuerst erkannt wurde. Die sekundären Neuronen haben jedoch Axone auf gegenüberliegenden Seiten des Markes und kreuzen die Information. Die auf der linken Seite des Körpers erkannte Information wird also zunächst in der rechten Gehirnhälfte verarbeitet. Von der gegenüberliegenden Seite des Rückenmarks reichen die Axone der sekundären Neuronen bis zum Thalamus, wo sie mit den tertiären Neuronen Synapsen bilden. Die Axone der tertiären Neuronen enden in dem somatosensorischen Cortex.

Wenn eine bestimmte Körperregion nicht wie vorgesehen funktioniert, kann der sensorische Kortex eine kortikale Reorganisation erfahren. Zum Beispiel haben Leser der Blindenschrift größere Bereiche für die Finger im somatosensorischen Kortex als Personen, die keine Blindenschrift lesen können. Bei Unterarmamputierten legen einige Daten nahe, dass die zuvor mit dem amputierten Arm verbundene Cortexregion auf die benachbarte Cortexregion (in diesem Fall das Gesicht) übertragen werden kann. Dies kann zu Phantomschmerzen führen, bei denen der Amputierte bei der Stimulation bestimmter Gesichtsbereiche die Stimulation des fehlenden Arms spürt.