Układ nerwowy zapewnia integrację czynnościową całego organizmu, reguluje wewnętrzną homeostazę, bierze udział w percepcji i przetwarzaniu bodźców oraz warunkuje reakcje organizmu na działanie czynników środowiskowych. U pszczoły w skład układu nerwowego wchodzi: ośrodkowy i obwodowy układ nerwowy oraz układ nerwowy współczulny. Podstawową jednostką anatomiczną i funkcjonalną układu nerwowego jest neuron. Neurony dzielą się na ruchowe, czuciowe i skojarzeniowe. Ośrodkowy układ nerwowy składa się z obrączki okołoprzełykowej, zwojów tułowiowych i odwłokowych, połączonych ze sobą dwoma pniami nerwowymi, położonych po brzusznej stronie tułowia i odwłoka. Od zwojów tułowiowych i odwłokowych odchodzą liczne włókna nerwowe w kierunku obwodu ciała. W zwoju nadprzełykowym wyróżniono przodomóżdże, śródmóżdże i tyłomóżdże. Od przodomóżdża odchodzą dwa duże płaty oczne unerwiające oczy złożone oraz trzy perwy unerwiające przyoczka. Istotną część mózgowia stanowią ciała szypułkowate — dwa pagórkowate wzniesienia usytuowane symetrycznie bliżej części środkowej mózgu. Ciała szypułkowate są najlepiej rozwinięte u robotnic. Śródmóżdże unerwia czułki, od tyłomóżdża zaś odchodzą pnie unerwiające wargę górną i przedni odcinek przewodu pokarmowego. Od zwoju podprzełykowego odchodzą nerwy do żuwaczek, szczęk i wargi dolnej. Pierwszy zwój tułowiowy występuje samodzielnie, drugi i trzeci zwój zlewają się ze sobą. Z pięciu zwojów odwłokowych trzy pierwsze są samodzielne, czwarty powstał z zespolenia zwojów piątego i szóstego segmentu odwłoka, ostatni z zespolenia zwojów 7, 8, 9 i 10 segmentu odwłoka. Obwodowy układ nerwowy stanowią komórki czuciowe, wchodzące w skład narządów zmysłów. Układ nerwowy współczulny składa się głównie ze zwojów nieparzystych, leżących poza ośrodkowym układem nerwowym, umieszczonych w linii środkowej ciała. Jest on połączony z ośrodkowym układem nerwowym licznymi wypustkami Unerwia on przewód pokarmowy, serce, narządy rozrodcze i przetchlinki. Zwój czołowy, zwój potyliczny oraz corpora allata i corpora cardiaca pełnią funkcje gruczołów wydzielania wewnętrznego. Produkują one neurohormony regulujące procesy wylinki, dojrzewania płciowego oraz ubarwienia ciała. Do narządów zmysłów należą sensile, narząd goleniowy, oczy złożone i przyoczka. Sensile zbudowane są z jednej lub kilku komórek nerwowych, od których biegną wypustki do ośrodkowego układu nerwowego. Komórki nerwowe, otoczone w górnej części komórką włoskotwórczą oraz komórką błonkotwórczą, znajdują się w warstwie nabłonka. Rolę narządów czucia pełnią tzw. włoski dotykowe. W ich skład wchodzi jedna komórka nerwowa. Skupiska włosków dotykowych występują na tych częściach ciała, które stykają się z różnymi przedmiotami otoczenia. Za narządy węchu są uważane sensile plakoidalne i stożkowate, które zawierają kilka komórek nerwowych. Są one rozmieszczone na czułkach. Rolę narządu smaku pełnią sensile stożkowate umieszczone w dwóch grupach po obydwu stronach podstawy języczka, na czułkach i przylgach pierwszej pary nóg oraz sensile ampułkowate usytuowane przed wejściem do gardzieli. Po wewnętrznej stronie goleni pierwszej pary nóg występuje narząd goleniowy, który odbiera drgania o różnej częstotliwości. Składa się on z około 40 komórek nerwowych. W skład narządu wzroku wchodzi para oczu złożonych oraz trzy przyoczka. Przyoczko zbudowane jest z rogówko-soczewki — tworu kulistego kształtu, w skład którego wchodzą przezroczyste komórki oskórka, warstwa komórek rogówkotwórczych oraz wydłużone komórki siatkówki. Wypustki komórek siatkówki tworzą nerw wzrokowy. Za pomocą przyoczek pszczoła widzi w ciemności bliskie przedmioty. Oko złożone składa się u robotnic z około 4000, u trutni z około 7000 oczek prostych (omatidiów). Omatidia mają kształt wydłużonych, ściętych stożków i są osadzone na płatach ocznych przodomóżdża. W skład omatidium wchodzi lekko wypukła, sześciokątna rogówko-soczewka, do której przylega od dołu stożek szklisty, skierowany wierzchołkiem do pałeczki szklistej. Każde omatidium na całej długości otaczają komórki pigmentowe, zawierające ciemny barwnik. Omatidia dzięki swojej budowie reagują jedynie na promienie świetlne, padające prostopadle. Oczy złożone pozwalają na widzenie przedmiotów odległych przy pełnym świetle. Pszczoły rozróżniają cztery barwy – czarną, białą, żółtą i niebieską oraz wykazują zdolność rozróżniania stopnia spolaryzowania światła.
