Središnji živčani sustav može se podijeliti na bijelu tvar i sivu tvar. Ova dva odjela su dobila svoja imena zbog razlike u njihovom izgledu u gruboj ljudskoj anatomiji. Bijela tvar izgleda bijela zbog prisutnosti velikih količina mijelina, masnog proteina koji služi izolacijskoj funkciji za prijenos signala. Siva tvar izgleda sivo-smeđa zbog prisutnosti tijela neuronskih stanica i kapilara, kao i relativnog nedostatka mijelina. Bijela i siva tvar razlikuju se zbog svojih komponenti, funkcija i mjesta u tvarima mozga i leđne moždine.
Bijela tvar se ponekad naziva substantia alba. Sadrži mijelinizirane aksonske trakte koji povezuju različita područja sive tvari u mozgu i leđnoj moždini. Ti mijelinizirani aksoni prenose živčane impulse s jednog neurona na drugi. Prisutnost mijelina omogućuje brži prijenos živčanih signala.
Dodatno, bijela tvar se može dalje podijeliti na projekcijske trakte, komisurne trakte i asocijacije. Projekcioni putovi prenose živčane signale iz korteksa u druge regije mozga ili iz mozga u druga tkiva u tijelu. Komisuralni trakt omogućuju komunikaciju lijeve i desne moždane hemisfere. Asocijacijski kanali prenose živčane signale iz jednog kortikalnog režnja u drugi.
Siva tvar se ponekad naziva substantia grisea. Uglavnom sadrži stanična tijela, dendrite i sinapse. Ostale komponente sive tvari uključuju neuropil, glijalne stanice i kapilare. Neuropil je skupni naziv za dendrite i aksone i može biti mijeliniziran ili nemijeliniziran, dok se glijalne stanice odnose na astrocite i oligodendrocite. Za razliku od bijele tvari, koja uglavnom služi za prijenos živčanih signala, siva tvar je mjesto gdje se takvi signali generiraju i obrađuju.
Bijela i siva tvar se također razlikuju po distribuciji. U mozgu se siva tvar nalazi na površini moždanog i malog mozga. Također se nalazi u dubljim dijelovima velikog mozga, posebno u bazalnim ganglijima, talamusu, hipotalamusu i različitim subtalamskim jezgrama. U dubljim dijelovima malog mozga siva tvar je prisutna kao zubasta, kuglasta, emboliformna i fastigijalna jezgra, dok je u dubljim dijelovima moždanog debla prisutna kao substantia nigra kao i crvena, olivarna i kranijalna. živčane jezgre. Siva tvar se također nalazi u prednjim, bočnim i stražnjim rogovima leđne moždine.
Nasuprot tome, bijela tvar čini veliki dio dublje moždane tvari i površinskih slojeva leđne moždine. Povezuje korteks s dubljim dijelovima mozga, te povezuje dvije moždane hemisfere kroz strukturu koja se zove corpus callosum. Bijela tvar koja se nalazi u dubljim dijelovima malog mozga ponekad se naziva arbor vitae. U leđnoj moždini bijela tvar je površna od sive tvari i okružuje različite rogove.
Bijela i siva tvar također se razlikuju po doprinosu volumenu mozga i potrošnji energije. Dok bijela tvar čini oko 60% volumena mozga, siva tvar čini ostalih 40%. Siva tvar, međutim, troši više energije i koristi otprilike 94% ukupnog kisika koji ide u mozak.