Synsinnet börjar med ögats strukturer, där ljus bryts och fokuseras genom kornea och linsen för att träffa näthinnan. Näthinnan innehåller fotoreceptorer, tappar och stavar, som registrerar ljus. Tappar är koncentrerade i fovea centralis och ansvarar för färgseende och detaljseende, medan stavar är känsligare för ljus och möjliggör seende i mörker. Nervsignaler från fotoreceptorer bearbetas av bipolära celler, horisontalceller och amakrina celler innan de når ganglieceller som sänder sina axoner genom synnerven.
Axoner från gangliecellerna bildar nervus opticus (CN II) som lämnar ögat via synnervspapillen. Synnerven från varje öga möts i chiasma opticum, där de nasala axonerna korsar över till motsatt sida medan de temporala axonerna förblir ipsilaterala. Därefter fortsätter signalerna som tractus opticus till laterala knäkroppen (corpus geniculatum laterale, CGL) i thalamus.
Från CGL leds signalerna via radiatio optica till den primära visuella barken i occipitalloben, i området kring sulcus calcarinus. Denna bark, även kallad V1 eller Brodmann area 17, analyserar grundläggande visuella egenskaper som färg, kontrast, form och rörelse. Den primära barken vidarekopplar till sekundära och tertiära visuella områden (V2, V3, V4, V5) för mer komplex bearbetning.
Synsystemet har två stora processbanor: den ventrala banan ("vad"-banan) går från occipitalloben till temporalloben och behandlar objektidentifiering, färg och form. Den dorsala banan ("var"-banan) löper till parietalloben och hanterar spatiala relationer och rörelse. Synintryck integreras med andra sensoriska system för att styra rörelse, uppmärksamhet och perception.
Vissa axoner i tractus opticus projicerar inte till CGL utan till pretectum och superiora colliculus i mitthjärnan. Dessa områden styr ögonrörelser, pupillreflex (via Edinger–Westphal-kärnan och CN III), samt synkoordinerad huvud- och kroppsrörelse via ryggmärgsbanor. Denna del av synsystemet är ansvarig för reflexmässiga och icke-medvetna visuella reaktioner.
CN II samverkar nära med CN III vid pupillreflexer och ackommodation. Synsystemet interagerar också med vestibulära signaler för att styra ögonrörelser via vestibulo-okulära reflexen. Dessutom påverkar ljusförhållanden hypothalamus genom retinohypothalamiska banor som styr dygnsrytmer via nucleus suprachiasmaticus.
Skador på olika nivåer i synbanan leder till specifika synfältsbortfall, till exempel total blindhet vid skada på nervus opticus, bitemporal hemianopsi vid skada i chiasma opticum, eller homonym hemianopsi vid lesioner längre bak i tractus opticus eller radiatio optica. Stroke i occipitalloben kan orsaka kortikal blindhet. Optikusneurit, ofta kopplad till multipel skleros, påverkar nervus opticus och kan ge synnedsättning och smärta vid ögonrörelse.