Čtyři nervy běží po celé délce těla hlístice na hřbetním, ventrálním a bočním povrchu. Každý nerv leží uvnitř vazivové tkáně ležící pod kůží a mezi svalovými buňkami. ventrální nerv je největší a má dvojitou strukturu před vylučovacím pórem. Dorzální nerv je zodpovědný za motorickou kontrolu, zatímco laterální nervy jsou smyslové a ventrální kombinuje obě funkce.
Na předním konci zvířete se nervy větví z hustého kruhového nervového kruhu obklopujícího hltan a sloužícího jako mozek. Menší nervy běží vpřed z kruhu, aby zásobovaly smyslové orgány hlavy.
Tělo hlístic je pokryto četnými smyslovými štětinami a papilami, které dohromady poskytují hmatový vjem. Za smyslovými štětinami na hlavě leží dvě malé jamky neboli amfidy. Ty jsou dobře zásobeny nervovými buňkami a pravděpodobně se jedná o chemorecepční orgány. Několik vodních hlístic má patrně pigmentované oční skvrny, ale není jasné, zda jsou či nejsou skutečně smyslové povahy.