Neurológiai betegség gyanúja esetén a fizikális vizsgálat rendszerint minden szervre kiterjed, azonban a középpontban az idegrendszer vizsgálata áll. Az ideggyógyászati vizsgálat a tudatállapot megítélésén túl az agyidegek, a mozgató és érző idegek, a reflexek, a koordináció, az állás és a járás, továbbá a belső szervi folyamatok (idegrendszer általi) szabályozásának vizsgálatából és az agyi vérellátás megítéléséből áll.

Tudatállapot:A vizsgálat során az orvos felméri a beteg figyelmét, milyen az időbeli és térbeli, valamint saját személyére vonatkozó tájékozottsága és az emlékezőképessége. Emellett számos egyéb készség vizsgálatára is sor kerül, így például vizsgálják az elvont gondolkodást, az utasítások kivitelezését, a nyelvhasználatot, illetve matematikai feladványok megoldását is. A vizsgálat kérdésekből és feladatokból tevődik össze: tárgyak megnevezése, emlékezés vizsgálata (megjegyzés és felidézés), mondatok írása, alakzatok másolása. A személy válaszait rögzítik, és helyességtől függően pontozzák. Az orvos a beteg hangulatát is vizsgálja, s amennyiben a páciens depresszióról számol be, az öngyilkossági gondolatokra is rákérdez.

Agyidegek:Ellenőrzik a 12 pár - közvetlen agyi összeköttetéssel rendelkező - agyideg működését. A felmerülő kórképtől függ, hogy mely idegeket vizsgálják. Például az I. agyideg (szaglóideg) vizsgálatára például rendszerint nem kerül sor, ha izombetegséget gyanítanak, ellenben fejsérülés esetén ez elengedhetetlen. Az agyidegek bárhol károsodhatnak a lefutásuk során, leginkább sérülés, daganat vagy fertőzés következményeként, így az idegsérülés pontos helyét is meg kell határozni.

Mozgató és érző idegek:A mozgató idegek viszik az agyi impulzusokat az akaratlagosan kontrollált (azaz tudatosan mozgatható) izmokhoz, mint például a láb izmaihoz. Egy izom gyengesége vagy teljes bénultsága utalhat a beidegzés zavarára. Az izom tömegének megfogyatkozása (atrófia) a motoros idegi működés hiányára utal, mely fontos jel az orvos számára. Az izomgyengeség kimutatása céljából az orvos felszólítja a beteget, hogy ellenállással szemben hajlítsa, illetve nyújtsa a vizsgált testrészt.

Az érzőidegek különböző információkat szállítanak az agyba: a tapintás, a fájdalom, a meleg és a hideg, továbbá a vibráció érzékelése mellett a testrészek helyzete vagy akár a tárgyak alakja is ezeken keresztül jut el az agyba. Normálistól eltérő vagy gyengült érzékelés az érzőidegek sérülésére utalhat. Az érzésvizsgálattal az orvos esetenként rendkívüli pontossággal meg tudja állapítani a gerincvelő-sérülés helyét (magasságát). Az érző idegek a testfelszínről, az ún. dermatomákról a gerincvelő adott szakaszára szállítanak információkat. Emiatt a gerincvelő bizonyos szintjében és az alatta levő szakaszhoz tartozó bőrfelület érzéscsökkenése a gerincvelő adott szintjében bekövetkezett sérülésre utal.

Az érzéscsökkenést az orvos a bőrön vizsgálja, többnyire olyan területen, ahol a beteg érzéskiesést, zsibbadást vagy fájdalmat tapasztalt. A vizsgálathoz először tűt, majd egy tompa tárgyat (pl. biztosítótű tompa végét) használ, így tudja eldönteni, hogy a beteg képes-e különbséget tenni hegyes és tompa érzések között. A továbbiakban vizsgálható az is, hogy a beteg képes-e finom érintést, hőt vagy rezgést érzékelni. A helyzetérzést vizsgálják, amikor a betegeknek csukott szemmel meg kell mondaniuk, hogy az orvos melyik irányba mozdította a kéz- vagy lábujjukat.

Reflexek:A reflex egy ingerre bekövetkező automatikus válasz. Ha például egy gumifejű kalapáccsal a térdkalács alatti ínra ütünk, a vizsgált személy lábszára kimozdul a helyéről. A reflex során az ingerület az agy közreműködése nélkül egy kört ír le (reflex-ív). A reflexek kiváltásával azt lehet vizsgálni, hogy a reflexben részt vevő érző ideg, a gerincvelőben levő idegi kapcsolatok, és az izomhoz futó mozgató ideg működőképes-e. A leggyakrabban a térdreflexet, valamint a biceps- és sarok- (Achilles) reflexeket vizsgálják.

A Babinski-jelet úgy lehet kiváltani, hogy egy kulcsot vagy egyéb tárgyat erős nyomással végighúzunk a talp külső szélénél. Erre a kissé kellemetlen vizsgálatra az egyébként egészséges emberek - leszámítva a 6 hónapnál fiatalabb csecsemőket - a lábujjak talpi behajlításával reagálnak. Az agy vagy a gerincvelő bántalmára utal azonban, ha az öregujj föl- és hátrafelé mozdul, a többi ujj pedig legyezőszerűen távolodik egymástól.