Нервная система птиц состоит из центральной нервной системы (головного и спинного мозга) и периферической (различных нервов). Головной мозг птиц увеличивается в размере по сравнению с головным мозгом пресмыкающихся. Мозжечок развит значительно больше, чем у других позвоночных, поскольку он — центр координации и согласованности движений, а птицы в полёте совершают очень сложные движения. Полушария переднего мозга сильно увеличены и имеют полностью сформированную кору. С этим связано усложнение поведения птицы. Многие действия голубя являются врождёнными (инстинктивными). На уровне инстинкта происходит размножение, образование пары, постройка гнезда, высиживание яиц. Но в течение жизни у птиц появляются условные рефлексы. Многие птицы научаются определять степень опасности: улетают от человека с ружьём. Домашние и ручные птицы быстро учатся узнавать кормящего их человека. Дрессированные птицы способны выполнять по указанию дрессировщика различные трюки, а некоторые (например, попугаи, вороны) научаются довольно внятно повторять различные слова.