ומאפשר להם להוליך דחפים עצביים במהירות גבוהה. הרקמה העיקרית השנייה במערכת העצבים היא החומר האפור, אשר בניגוד לחומר הלבן מכיל בעיקר גופי תאים. תפקידו של החומר הלבן הוא לקשר את האזורים השונים של חומר אפור במוח ובחוט השדרה אחד לשני ולהוליך אותות ביניהם. בגיל ההתבגרות החומר הלבן עובר התעבות הדרגתית ושווה בין כל אזורי המוח, בעוד שהתפתחות החומר האפור משתנה מאזור לאזור המבנים של חומר לבן במערכת העצבים ממוקמים בעומק המוח הגדול מתחת לקליפת המוח, בחלקים החיצוניים של חוט השדרה ומתחת לקליפת המוח הקטן. בתוך האזורים השונים של חומר לבן נמצאים ריכוזים נוספים של חומר אפור, למשל גרעיני הבסיס. המבנה הגדול ביותר של חומר לבן במוח הוא כפיס המוח (קורפוס קלוסום) המקשר בין ההמיספרה הימנית והשמאלית. פגיעה בחומר הלבן מקושרת למחלות שונות במערכת העצבים. טרשת נפוצה מתאפיינת בהרס של מעטה המיאלין באקסונים. הרס של חומר לבן מתרחש גם בחלק מהמחלות הניווניות של מערכת העצבים, כגון מחלת אלצהיימר.