De los muchos tipos de actividad neuronal, hay un tipo simple en el que un estímulo conduce a una acción inmediata. Se trata de la actividad refleja. La palabra reflejo (del latín reflexus, «reflejo») fue introducida en la biología por un neurólogo inglés del siglo XIX, Marshall Hall, que creó la palabra porque pensaba que los músculos reflejaban un estímulo como una pared refleja una pelota lanzada contra ella. Por reflejo, Hall entendía la respuesta automática de un músculo o varios músculos a un estímulo que excita un nervio aferente. El término se utiliza ahora para describir una acción que es una actividad innata del sistema nervioso central, que no implica la conciencia, en la que un estímulo particular, al excitar un nervio aferente, produce una respuesta estereotipada e inmediata del músculo o de la glándula.
La vía anatómica de un reflejo se denomina arco reflejo. Consiste en un nervio aferente (o sensorial), normalmente una o más interneuronas dentro del sistema nervioso central, y un nervio eferente (motor, secretor o secreto-motor).
La mayoría de los reflejos tienen varias sinapsis en el arco reflejo. El reflejo de estiramiento es excepcional porque, al no haber interneurona en el arco, sólo tiene una sinapsis entre la fibra nerviosa aferente y la neurona motora (véase más adelante Movimiento: La regulación de la contracción muscular). El reflejo flexor, que aleja una extremidad de un estímulo nocivo, tiene un mínimo de dos interneuronas y tres sinapsis.
Probablemente el reflejo más conocido es el de la luz pupilar. Si se enciende una luz cerca de un ojo, las pupilas de ambos ojos se contraen. La luz es el estímulo; los impulsos llegan al cerebro a través del nervio óptico; y la respuesta se transmite a la musculatura pupilar a través de los nervios autónomos que irrigan el ojo. Otro reflejo que afecta al ojo se conoce como reflejo lagrimal. Cuando algo irrita la conjuntiva o la córnea del ojo, el reflejo lagrimal hace que los impulsos nerviosos pasen por el quinto nervio craneal (trigémino) y lleguen al cerebro medio. La rama eferente de este arco reflejo es autónoma y principalmente parasimpática. Estas fibras nerviosas estimulan las glándulas lagrimales de la órbita, provocando la salida de lágrimas. Otros reflejos del mesencéfalo y de la médula oblonga son los reflejos de la tos y del estornudo. El reflejo de la tos es causado por un irritante en la tráquea y el reflejo del estornudo por uno en la nariz. En ambos, la respuesta refleja implica a muchos músculos; esto incluye una interrupción temporal de la respiración para expulsar el irritante.
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Los primeros reflejos se desarrollan en el útero. A las siete semanas y media de la concepción, se puede observar el primer reflejo; la estimulación alrededor de la boca del feto hace que los labios se vuelvan hacia el estímulo. Al nacer, los reflejos de succión y deglución están listos para ser utilizados. Tocar los labios del bebé induce la succión, y tocar la parte posterior de su garganta induce la deglución.
Aunque en la definición anterior se utiliza la palabra estereotipada, esto no significa que la respuesta refleja sea invariable e inmutable. Cuando un estímulo se repite regularmente, se producen dos cambios en la respuesta refleja: la sensibilización y la habituación. La sensibilización es un aumento de la respuesta; en general, se produce durante las primeras 10 a 20 respuestas. La habituación es una disminución de la respuesta; continúa hasta que, finalmente, la respuesta se extingue. Cuando el estímulo se repite de forma irregular, la habituación no se produce o es mínima.
También hay cambios a largo plazo en los reflejos, que pueden observarse en transecciones experimentales de la médula espinal realizadas en gatitos. La estimulación repetida de la piel por debajo del nivel de la lesión, como frotar la misma zona durante 20 minutos cada día, provoca un cambio en la latencia (el intervalo entre el estímulo y el inicio de la respuesta) de ciertos reflejos, con disminución y finalmente extinción de la respuesta. Aunque este procedimiento dura varias semanas, demuestra que, con una estimulación diaria, se puede cambiar una respuesta refleja por otra. La activación repetida de las sinapsis aumenta su eficacia, provocando un cambio duradero. Cuando esta estimulación repetida cesa, las funciones sinápticas retroceden y las respuestas reflejas vuelven a su forma original.
Las respuestas reflejas suelen ser rápidas; las neuronas que transmiten señales sobre la postura, la posición de las extremidades o el tacto, por ejemplo, pueden disparar señales a velocidades de 80-120 metros por segundo (unas 180-270 millas por hora). Sin embargo, aunque se dice que muchas respuestas reflejas son rápidas e inmediatas, algunos reflejos, llamados de reclutamiento, apenas pueden ser evocados por un solo estímulo. En cambio, requieren una estimulación creciente para inducir una respuesta. El reflejo de contracción de la vejiga, por ejemplo, requiere una cantidad creciente de orina para estirar el músculo y obtener la contracción muscular.
Los reflejos pueden ser alterados por impulsos procedentes de niveles superiores del sistema nervioso central. Por ejemplo, el reflejo de la tos puede suprimirse fácilmente, e incluso el reflejo nauseoso (los movimientos del vómito incipiente resultantes de la estimulación mecánica de la pared de la faringe) puede suprimirse con entrenamiento.
Los llamados reflejos condicionados no son reflejos en absoluto, sino complicados actos de conducta aprendida. La salivación es uno de estos reflejos condicionados; sólo se produce cuando una persona es consciente de la presencia de comida o cuando se imagina comida.