Нервова система. Центральна нервова система має вигляд толстостенной трубки, передній кінець якої дещо не доходить до кінця хорди.
Невроцель попереду розширюється в більшу порожнину, що носить назву шлуночка головного мозку, хоча передня частина нервової трубки ланцетника, відповідна головного мозку хребетних, що не диференційована. На дні цього шлуночка поміщається так званий інфундибулярного орган, відповідний гіпофізу хребетних тварин. У молодих особин шлуночок мозку зверху повідомляється за допомогою особливого отвори - невропора - з так званої нюхової ямкою Келлікер, яка відкривається на поверхні тіла на лівій стороні головного кінця. У дорослих особин ця ямка втрачає зв'язок з мозком. По всій нервової трубки, розташовуючись по боках невроцель, розкидані численні світлочутливі органи - очі Гессе. Світлові промені досягають цих очок через напівпрозорі тканини тіла тварини. Кожен вічко Гессе представляє собою світлочутливу клітку, один кінець якої занурений в чашеобразную пігментну клітку. Ці очі дуже схожі на примітивні очі деяких плоских хробаків.
Периферична нервова система складається з нервів, що відходять від мозкової трубки. Від переднього кінця її відходять дві пари головних нервів, від інших частин - ряд метамерно розташованих спинномозкових нервів. При цьому на кожен м'язовий сегмент припадають дві пари нервів: одна спинна і одна черевна. Кожен спинний нерв відходить одним корінцем і є змішаним, тобто. Е. Рухають і відчуває, тоді як кожен черевної нерв відходить багатьма корінцями і є виключно рухають. Праві і ліві спинномозкові нерви, відповідно до розташування м'язових сегментів, відходять не друг проти друга, а по черзі.
Органи відчуттів. Справжніх (парних) очей і органу слуху у ланцетника немає (можливо, що пігментну пляму, розташоване в передній стінці нервової трубки, являє собою скорочений орган рівноваги). Таким чином, органи чуття у ланцетника розвинені дуже слабо, будучи представлені, крім очок Гессе, тільки окремими відчувають клітинами, розкиданими по всій шкірі тварини. Таке слабке розвиток органів почуттів можна поставити в зв'язок з малорухливим способом життя ланцетника.
Очки Гессе в спинному мозку ланцетника (по Гессе):
1 - невроцель, 2 - пігментна клітина, 3 - світлочутлива клітина