Hjernen er relativt sett velutviklet, og sitter på ryggsiden bak svelget. Den er festet via en dobbelt nervestreng til en nervering rundt svelget, og de ulike leddene har også utviklede nervetilknytninger. Leddyra har mest instinktstyrt atferd, men er også i stand til å lære. Mange grupper har sensoriske følehår på utsiden, men det er bare noen grupper av insekter som er i stand til å høre. Leddyr orienterer seg ved hjelp av syn hvor dyret sanser lys. Leddyrene er utstyrt med fotoreseptorceller som ofte er plassert i eller ved fasettøynene. Hvert øye ser bare et utsnitt av omgivelsene, og disse utstnittene settes sammen i et mosaikksyn. Øynene er sensitive for bølgelengder fra UV-lys til rødt lys, og registrerer også polarisert lys. Fotoreseptorene er i stand til å skille mellom lys som kommer direkte fra lyskilden, lys som er reflektert fra andre objekter og lys som skinner gjennom et materiale (for eksempel blader). På denne måten kan insektene orientere seg etter farge, form, mønster og bevegelse. Enkelte insektlarver (som forskjellige sommerfugler og møll) er sensitive for UV-stråler, blått og grønt lys, og bruker disse egenskapene til å finne frem til skjulte områder under blader hvor de kan forpuppe seg i fred for omverdenen.