Là où l'axone émerge du corps cellulaire, il existe une région spéciale appelée le cône d'implantation ou segment initial. C'est là que l'axone reçoit des signaux électriques qui seront propagés le long de sa longueur. C'est aussi là le cytoplasme se transforme en une solution de composants limités appelée axoplasme. L'axoplasme contient des organites cellulaires et des éléments nécessaires au maintien et au fonctionnement de l'axone. La membrane plasmique d'un axone, qui lui permet de produire et de conduire des potentiels porte le nom d'axolemme. 

Les terminaisons axonales sont les extrémités de l'axone qui établissent des contacts avec d'autres neurones, formant ainsi des synapses. Ces terminaisons contiennent des vésicules remplies de neurotransmetteurs, des molécules qui sont libérées dans la fente synaptique lorsqu'un potentiel d'action atteint la terminaison axonale. Les neurotransmetteurs diffusent ensuite à travers la fente synaptique pour atteindre les récepteurs situés sur la membrane postsynaptique.

La longueur des axones varier considérablement , allant de quelques micromètres à plus d'un mètre chez les humains (par exemple, les axones des neurones moteurs qui innervent les muscles des jambes).  Les axones les plus longs et les plus gros sont  appelés fibres de projection, tandis que les axones plus courts et plus minces sont  appelés fibres d'association ou fibres de commissure.

Lorsqu'ils se projettent à distance, les axones forment des faisceaux constitués d'une multitude d'autres axones formant ainsi des  voies de connexion entre différentes régions (ex. : le faisceau corticospinal qui transporte des signaux moteurs du cortex cérébral  vers la moelle épinière). On utilise des noms différents pour désigner ces faisceaux d'axones selon leur emplacement :

• Tractus. - Il s'agit d'un faisceau d'axones, ou de fibres nerveuses, trouvé dans le  dans le système nerveux central (SNC) qui forme une voie anatomique distincte avec une fonction spécifique. Par exemple, dans le cerveau, les tractus cortico-spinaux sont des faisceaux d'axones qui descendent du cortex moteur vers la moelle épinière, contrôlant les mouvements volontaires.

• Nerf. - Un faisceau d'axones, ou de fibres, trouvé dans le système nerveux périphérique (SNP) est appelé un nerf. C'est un ensemble d'axones enveloppées dans du tissu conjonctif servant de voie de transmission pour les signaux sensoriels et moteurs entre le système nerveux central et les organes périphériques. Il s'ensuit que les nerfs peuvent contenir à la fois des axones sensoriels (apportant des informations sensorielles au système nerveux central) et des axones moteurs (transmettant des signaux du système nerveux central vers les muscles et les glandes). Ils peuvent également contenir des axones de neurones intermédiaires, qui facilitent la communication entre les neurones sensoriels et moteurs. 

Propagation du signal.
La propagation du signal le long de l'axone est le processus qui permet aux neurones de communiquer entre eux et de transmettre des informations dans tout le corps.  La propagation du signal commence généralement par la génération d'un potentiel d'action au niveau du corps cellulaire ou de la partie initiale de l'axone, appelée le cône d'implantation. Ce potentiel d'action est déclenché par un stimulus électrique ou chimique qui dépolarise la membrane neuronale au-dessus d'un seuil critique.

Une fois que le potentiel d'action est déclenché, il se propage rapidement le long de l'axone. Cela se produit grâce à l'ouverture séquentielle de canaux ioniques voltage-dépendants le long de la membrane axonale. Ces canaux permettent l'entrée d'ions sodium (Na⁺) dans la cellule, ce qui dépolarise la membrane et déclenche le potentiel d'action suivant dans la région adjacente.

La propagation du potentiel d'action peut se faire de deux manières principales :

• Propagation continue. - Dans les axones non-myélinisés, le potentiel d'action se propage de manière continue le long de l'axone, chaque segment de membrane excitable stimulant le suivant.

• Propagation saltatoire. - Dans les axones myélinisés, la propagation du potentiel d'action saute d'un noeud de Ranvier (les régions non recouvertes de myéline) à l'autre. Cela permet une transmission plus rapide du signal car la dépolarisation n'a lieu que dans les noeuds de Ranvier, où les canaux ioniques sont concentrés.

Le transport axonal.
Le transport axonal correspond au déplacement de diverses substances, telles que les protéines, les lipides, les organites et même les vésicules contenant des neurotransmetteurs, le long des axones. le processus est réalisé grâce à l'interaction coordonnée de divers composants du cytosquelette des neurones, principalement les microtubules.  Il existe deux principaux types de transport axonal :

• Transport antérograde. - Ce type de transport déplace les substances du corps cellulaire du neurone vers l'extrémité distale de l'axone. Les protéines motrices, telles que les kinésines, se déplacent le long de ces microtubules pour transporter les cargaisons vers les extrémités distales de l'axone. Le transport antérétrograde fournit aux extrémités distales de l'axone les molécules et les organites nécessaires à la croissance, à la maintenance et au fonctionnement des synapses. Cela inclut les neurotransmetteurs, les protéines membranaires, les mitochondries et d'autres éléments essentiels à la signalisation neuronale. Il est également impliqué dans la croissance et la ramification de l'axone pendant le développement neuronal. Le transport axonal antérograde assure l'approvisionnement en matériaux nécessaires à la construction d e nouvelles régions de l'axone et à la formation de nouvelles synapses.

• Transport rétrograde. - Contrairement au transport antérograde, le transport rétrograde transporte les substances de l'extrémité distale de l'axone vers le corps cellulaire. Les protéines motrices, telles que les dynéines, se déplacent le long de ces microtubules pour transporter les cargaisons vers le corps cellulaire. Le transport axonal rétrograde permet aux neurones de recevoir des signaux de régulation et de soutien de la part des cellules cibles et de l'environnement extracellulaire. Ces signaux peuvent influencer divers processus cellulaires, parmi lesquels la survie cellulaire, la différenciation et la plasticité synaptique. Il est impliqué dans le recyclage des composants endommagés ou obsolètes vers le corps cellulaire, où ils peuvent être réparés ou dégradés. Après une lésion nerveuse, le transport axonal rétrograde peut avoir une place dans la transmission de signaux qui déclenchent des réponses cellulaires, telles que la régénération axonale ou la mort cellulaire programmée.