Le système visuel est l'ensemble des organes participant à la perception visuelle, de la rétine au système sensori-moteur. Son rôle est de percevoir et d'interpréter deux images en deux dimensions en une image en trois dimensions. Il est principalement constitué de :
La lumière entre dans l'œil où elle est captée par la rétine. Il y a transduction de l'information électromagnétique en potentiels d'actions. L'image est alors analysée au sein même de la rétine en zones de contraste et le résultat de ce traitement est envoyé au reste du système visuel par le nerf optique. Chez les humains, le système visuel est le seul système sensoriel à être directement connecté, via le nerf optique, au cerveau, dû à la nécessité de traiter rapidement l'information visuelle.
Les nerfs optiques de chaque œil se rejoignent au niveau du chiasma optique, ce qui permet de redistribuer l'information visuelle selon qu'elle est dans la partie droite ou dans la partie gauche du champ visuel (chaque œil voit à gauche et à droite en même temps). L'hémichamp gauche va dans l'hémisphère droit et vice-versa (il y a une inversion).
La continuation des nerfs optiques après le chiasma s'appelle le tractus optique. Dans chaque hémisphère, il distribue l'information visuelle à différents noyaux :
Le corps genouillé latéral est un noyau relais, situé au niveau du thalamus, qui permet le transfert de l'information des yeux vers le cortex visuel. On a cru pendant un certain temps que c'était le simple et unique relais de la perception visuelle. En fait, ce n'est pas le seul noyau recevant de l'information visuelle (voir plus haut) et l'information qu'il reçoit ne vient pas que des yeux.
Le relais des fibres visuelles au niveau du corps genouillé latéral permet à environ 10 % de celles-ci de se projeter directement dans le colliculus supérieur. Des expériences (Weiskrantz, 1973) menées sur des sujets ayant subi une ablation chirurgicale du cortex visuel primaire ont montré que ceux-ci possèdent cependant une capacité visuelle sub-consciente, et qu'ils demeurent capables de localiser des objets, d'en déterminer l'orientation, éventuellement d'en percevoir la couleur, mais non de les comparer à des objets consciemment perçus (en cas d'ablation unilatérale). La sensation est donc inexploitable par le sujet (intuitive) et ne se manifeste pas, à l'exception d'objets en mouvement, de manière spontanée. Ce phénomène est nommé blindslight en anglais.
Des expériences complémentaires (Nakamura et Mishkin, 1980-1986) ont démontré qu'on pouvait provoquer la cécité consciente en isolant totalement le cortex visuel primaire du reste de l'encéphale, même si le tractus optique demeurait intact. La conscience visuelle résulterait donc d'un processus complexe de dialogue entre la perception corticale « classique » de la zone V1, les autres zones corticales V et les voies sous-corticales ou thalamiques « inconscientes » (Weiskrantz, 1999).
Deux zones du cortex préfontal (Brodmann 9 et 46 droite) ont été identifiées dans le mécanisme de vision consciente. 9 pourrait correspondre à une zone de discrimination entre vision consciente et subconsciente, et 46 intégrerait et synthétiserait les perceptions visuelles corticales et thalamiques (Barbur, Sahraie, Weiskrantz, 1996).
Les fibres nerveuses qui relient le corps genouillé latéral au cortex visuel constituent la radiation optique d'un hémisphère. Une lésion d'une radiation optique conduit à la perte partielle ou totale de la vision dans l'hémisphère concerné (une anopsie). C'est donc par cette voie que se fait la perception visuelle consciente.