La vision est le résultat de la lumière détectée et transduite en signaux neuronaux par la rétine de l’œil. Cette information est ensuite analysée et interprétée par le cerveau. Tout d’abord, la lumière pénètre à l’avant de l’œil et elle est focalisée par la cornée et le cristallin sur la rétine — une fine pellicule de tissu neural tapissant l’arrière de l’œil. En raison de la réfraction à travers la lentille convexe de l’œil, les images sont projetées sur la rétine à l’envers et inversées.

La lumière est absorbée par les cellules de photorécepteurs en cône et en bâtonnet à l’arrière de la rétine, provoquant une diminution de leur taux de libération de neurotransmetteurs. En plus de détecter les photons de la lumière, l’information de la couleur est également encodée ici, puisque des types de cônes différents répondent de façon maximale à différentes longueurs d’onde de la lumière.

Les photorécepteurs envoient ensuite des informations visuelles aux cellules bipolaires près du milieu de la rétine, ce qui est suivi d’une projection aux cellules ganglionnaires à l’avant de la rétine. Les cellules horizontales et amacrines servent d’intermédiaire aux interactions latérales entre ces types de cellules, intégrant l’information provenant de plusieurs photorécepteurs. Cette intégration facilite le traitement initial de l'information visuelle, comme la détection de caractéristiques simples, telles que les bords.

Avec les cellules gliales, les axones des cellules ganglionnaires rétiniennes composent le nerf optique, qui transmet l’information visuelle au cerveau. Le nerf optique se croise partiellement à la base du cerveau. Ainsi, chaque côté du cerveau reçoit des données à partir des deux yeux, permettant la perception de la profondeur.

La plupart des fibres nerveuses optiques ont des synapses dans le noyau géniculé latéral dans le thalamus du cerveau, où différentes caractéristiques, telles que la couleur et le mouvement, sont traitées en parallèle. Le thalamus envoie ensuite des informations au cortex visuel primaire (V1) à l’arrière du cerveau. Les cellules dans le V1 répondent à des caractéristiques visuelles plus complexes, telles que des orientations spécifiques et des directions de mouvement. Le V1 contient une carte bien définie du champ visuel, avec une superficie relativement grande consacrée au traitement de l’information à partir de la fovéa de la rétine, une région centrale qui a la plus forte densité de photorécepteurs.

L’information visuelle est envoyée du V1 aux zones adjacentes du cortex cérébral pour un traitement de niveau encore plus élevé, comme l’identification d’un objet ou d’un visage et la détermination de l’emplacement spatial des stimuli visuels.