Putniem ir labi attīstīta nervu sistēma un maņu orgāni. Nervu sistēma putniem sastāv no centrālās nervu sistēmas, kas sastāv no galvas un muguras smadzenēm un un perifērās nervu sistēmas jeb nerviem, kas atiet uz dažādām ķermeņa daļām. Varētu teikt, ka putnu nervu sistēma un līdzīga zīdītāju nervu sistēmai.
 
Baloža iekšējā uzbūve

Putnu galvas smadzenēm ir lielāka loma organisma koordinēšanā kā, piemēram, rāpuļiem, līdz ar to galvas smadzenes ir salīdzinoši lielas un attīstītākas. Putniem ir labi attīstītas priekšējo smadzeņu puslodes, vidussmadzenes un smadzenītes. Priekšējās smadzenes ir saistītas ar sarežģītiem uzvedības modeļiem, vidussmadzenes - ar redzes orgāniem, bet smadzenītes ar kustību koordināciju lidojuma laikā.  Piemēram, arām (papagaiļu dzimta) smadzenes ir aptuveni valrieksta lielumā, bet makakiem (mērkaķu dzimta) tās ir aptuveni citrona izmērā. Tomēr aru papagaiļiem smadzenēs ir ievērojami vairāk neironu, nekā makaku pērtiķiem.
 
Putnu un zīdītāju smadzeņu salīdzinājums

Ir noskaidrots, ka neatkarīgi no sugas putnu smadzenēs ir ievērojami vairāk neironu, nekā zīdītāju un pat primātu smadzenēs ar tādu pašu masu. Pateicoties tam putni spēj izveidot un izmantot rīkus dažādu darbību veikšanai, atpazīt sevi spogulī, plānot nākotnes vajadzības, kā arī veikt citas izziņas darbības.
No muguras smadzenēm sazarojas nervi, kuri regulē kāju un spārnu saskaņotu darbību. Putniem ir ļoti aktīvs dzīvesveids. Ātru reakciju un labu orientēšanos putniem nodrošina maņas. Putnu auss uzbūve ir līdzīga zīdītāju ausīm, tiem arī ir iekšējā auss un vidusauss, taču putniem nav ārējās auss. Putniem ir labi attīstīta dzirde, dažiem, piemēram, pūcēm, pat labāk attīstīta kā cilvēkam. Dzirdei ir liela nozīme pārošanās laikā, jo daudzos gadījumos partnera pievilināšana norisinās ar dziesmu palīdzību. Putnu acis atrodas galvas sānos, kas veido plašu redzes loku. Putnu redze ir labi attīstīta, tā ir daudz labāka kā cilvēkam, piemēram, putni redz arī ultravioleto gaismu. Ar acīm un knābi putni jūt un izmanto magnētisko lauku, lai orientētos pārlidojumos. Knābis darbojas arī kā taustes orgāns un ožas orgāns.