Det autonome nervesystem består af to underopdelinger, som anatomisk og fysiologisk adskiller sig: det autonome sympatiske nervesystem og det parasympatiske nervesystem. Det sympatiske nervesystem frembyder nervøse ganglier ved siden af rygmarven, fjernt fra de organer, som de optræder på. Den parasympatiske har nærliggende ganglier eller endog inden for de organer, som de optræder på. Når den sympatiske og den parasympatiske inderverer de samme organer, har de ofte modsatte eller antagonistiske virkninger. Sympatiske fibre frigiver normalt i synapserne en kemisk mediator kaldet noradrenalin, så de kaldes adrenerge. Sympatiske fibre frigiver normalt i synapserne en kemisk mediator kaldet noradrenalin, så de kaldes adrenerge. De parasympatiske fibre frigiver acetylcholin som en kemisk mediator og kaldes derfor også cholinerge. Disse kemiske mediatorer har antagonistisk virkning, som varierer alt efter orgel. I hjertet forårsager for eksempel noradrenalin øget hjertefrekvens og acetylcholin, reduktion; i andre, som i spytkirtlerne, hæmmer adrenalin produktionen af spyt og stimulerer acetylcholin. Disse kemiske mediatorer tillader derfor fibrene i de sympatiske og parasympatiske systemer antagonismen, som bidrager til organismens homeostase. Sympatisk aktivitet forbereder kroppen til handling, det være sig forsvar eller angreb. Denne aktivitet observeres i følelsesmæssige eller nødsituationer: eleverne udvider, munden bliver tør, hjertefrekvensen øges, arterielt blodtryk øges, vejrtrækningen bliver dybere, vasokonstriktion forekommer i huden og udvidelse af de fartøjer, der fører blod til mave-tarmkanalen, hjerte-, hjerne-, lunger og skeletmuskler. Parasympatisk aktivitet er primært relateret til genopretning, bevarelse og hvile af vitale organer. For eksempel aktiverer det fordøjelsessystemet, kontrakterer eleven ved at afskærme nethinden fra lys, reducerer hjertefrekvensen og bidrager til resten af hjertet.
