Flertallet av cellelegemene til de preganglionære parasympatiske nevronene ligger i hjernenervekjernene, resten befinner seg i grå substans i ryggmargens nederste segmenter. Signaloverføringen i de parasympatiske nevronene skjer med acetylkolin som transmitter. Disse synapsene kalles kolinerge. Acetylkolin har, i det parasympatiske nervesystemet, forskjellig effekt avhengig av hvilke reseptorproteiner målcellen har for transmitteren. Kombinasjonene av ulike reseptorer og muligheten til å påvirke både muskler og kjertler gjør at autonom nerveaktivitet har komplekse virkninger (se liste over forskjellige virkninger på side 86). Sympatikus og parasympatikus har ofte motsatte virkninger. I blant annet forplantningsorganene har imidlertid de to systemene effekter som supplerer hverandre.