Los diferentes tipos de energía susceptibles de influir sobre la conducta de un organismo reciben el nombre genérico de estimulación sensorial, que es el aspecto físico-material de los estímulos: su modalidad (luz, sonido, etc), y sus características físicas de frecuencia, amplitud o intensidad, etc. A la transformación de las diferentes modalidades energéticas en actividad eléctrica llevada a cabo por los receptores sensoriales se le llama transducción sensorial.
La modalidad sensorial depende de a qué parte del SNC lleguen los impulsos nerviosos y no de cuál haya sido la energía estimular: es lo que se conoce como ley de líneas marcadas.
Las neuronas sensoriales cuentan con dos mecanismos para codificar la intensidad del estímulo: un código de frecuencia, consistente en que a medida que aumenta la intensidad del estímulo, aumenta correlativamente su frecuencia de disparo de potenciales de accción, y un código poblacional o de fraccionamiento según el rango, basado en que cada neurona sensorial posee un umbral de disparo prefijado. Así, a medida que aumenta la intensidad de la estimulación, las neuronas con un umbral más alto empiezan a disparar potenciales de acción.
Cuando se reduce la respuesta de un receptor sensorial a la presencia continuada de un estímulo, aunque su intensidad se mantenga constante, se produce adaptación sensorial.
Los receptores que se adaptan deprisa son los receptores fásicos, mientras que los que tardan mucho o no son adaptables se les llama tónicos.
Al igual que ocurre con la modalidad sensorial, el origen de la estimulación está codificado por líneas marcadas.
La actividad de una neurona sensorial resulta modificada por la estimulación de los receptores que contacten con ella: es lo que se conoce como campo receptivo.
La interacción entre campos receptivos próximos explica el fenómeno de inhibición lateral, que puede alterar la intensidad percibida de un estímulo.