Otonom sinir sistemi, vücudumuzda nefes alma, sindirim gibi özellikle beynin bilinçli bir şekilde kontrol edemediği otomatik işlemleri düzenleyen sistemdir. Bu sisteme "istemsiz sinir sistemi" adı da verilmektedir. Otonom sinir sistemi, vücudun iç disiplinini ve iç işleyişini düzenleyen bir sistemdir. İki ana kısma ayrılır: parasempatik ve sempatik sinirler. Bu iki kısım genellikle birbirine zıt işlevlere sahiptir ve omuriliğe göre farklı bölgelerden çıkarlar. Sempatik sinirler omuriliğin boyun ve bel bölgesinden, parasempatik sinirler ise baştan başlayarak bel ve kuyruk sokumuna kadar olan bölgelerden çıkar.

Parasempatik sinirler, omuriliğin farklı yerlerinden çıkmasına rağmen, kolları tüm vücuda yayılmaktadır. Vücuttaki organlarda hem parasempatik hem de sempatik nöronlar bulunur, ancak bazı organlarda sadece bir tanesi bulunmaktadır. Örneğin, ter bezlerinde sadece sempatik nöronlar bulunur. Bağırsaklar, sempatik nöronların verdiği emirle gevşer ve parasempatik nöronların etkisiyle kasılır. Ancak büzgen kaslarda bu etki tersidir; sempatik sinirden gelen uyarılarla kasılırken, parasempatik sinir uyarılarıyla gevşerler. Bazı durumlarda bu iki sinir sisteminin etkisi tam olarak zıt olmayabilir. Örneğin, tükrük bezleri sempatik sinir sistemi uyarıldığında mukus, parasempatik sinir sistemi uyarıldığında tükrük salgılar. Sinir sisteminin bir organ üzerindeki etkileri çok değişik olabilir. Sempatik sinir sistemi etkisiyle kalp atışları hızlanır ve kuvvetlenir, kalpten ayrılmış olan damarların genişlemesini sağlayarak kan akımını artırır. Sempatik sinirler, vücuttaki diğer kan damarlarını büyük ölçüde sıkmaktadır.

Vücut sindirim işlemine geçtiğinde, bağırsaklarda bulunan kan damarlarında gevşeme meydana gelir ve bağırsaklara kan gelir. Otonom sinir sistemi, vücut içinde birçok farklı işlevi yerine getirir. Yapılan araştırmalar, sempatik sinir sisteminin özellikle hayvanlarda daha şiddetli çalıştığını ve karşılaştığı anormal şartlarla başa çıkmak için hazırlandığını göstermektedir. Parasempatik sinir ise yorucu işlerden sonra vücudun normal şartlarına dönmesine yardımcı olur ve gerekli enerjinin yeniden kazanılmasını sağlar. Parasempatik sinirler, bağırsak hareketlerini uyarır ve sindirim sonrasında ortaya çıkan sıvıların salgılanmasında yardımcı olur. Ayrıca, parasempatik lifler kalbe kadar ilerler ve kalp atışlarını düzenler.