У черепах 11 пар черепно-мозкових нервів, 12 пара – під'язичні нерви. Головний мозок складається з переднього, середнього, проміжного, довгастого мозку та мозочка. Передній мозок представлений великими півкулями з нюховими частками, що відходять від нього.
Головний мозок у черепах розвинений слабо, його маса становить лише 1/1000 частку маси тіла. Спинний мозок, Навпаки, розвинений добре. Черепахи мають добре розвинений колірний зір.
Серцево-судинна система типова для рептилій: серце трикамерне, великі артерії та вени з'єднуються.
Черепахи можуть реагувати на свій відбиток у дзеркалі, вибирати в їжі компоненти червоно-жовтогарячого кольору і при найменшому порушенні зору відмовлятися від корму. Багато черепахи з великої відстані можуть дізнаватися знайомих їм людей. Також черепахи можуть частково бачити ультрафіолетове випромінювання.