城市智慧的本质来自于“智”与“慧”的和谐共生、水乳交融。
一座智慧的城市，是一个信息技术手段和城市发展理念、运作模式、体制机制有机融合，城市硬实力和软环境交相辉映，具有自动感知、快速反应、科学决策、高效处理、贴心服务的能力。
智慧城市通过感官神经元细胞（城市感知设施）透彻感知外界变化和状态 ，通过完善互通的神经网络（信息网络）传递神经冲动（信息资源和数据），在中枢神经系统（城市智慧运营管理中心）和周围神经系统（各行业、领域的信息系统与平台）的协同控制，快速反应、科学决策。
感觉神经元细胞——具备感知能力的城市部件和智能终端构成智慧城市的“感觉神经元细胞”，一方面，城市的交通设施、电力设施、地下管网设施、房屋建筑等基础设施、房屋建筑等基础设施，通过装备智能芯片、传感器、射频识别等技术，实现物体的智能化联网，感知城市的运行状态。另一方面，人，汽车等通过配备具有感知能力的智能终端、北斗/GPS等设备，成为城市的物联感知体系的一部分。两者共同构成了智慧城市的感光细胞、嗅觉细胞和味觉细胞等感觉神经元细胞。
运动神经元细胞——各行各业的信息系统构成了智慧城市的“运动神经元细胞”。城市各个领域、各个行业都具有信息系统，包括交通、医疗、教育、建筑、水务等。这些信息系统基于城市动态感知数据，结合城市基础数据信息，通过智能数据挖掘、智能决策以及应用之间的信息共享和协同，有效实现城市智慧化的运行管理和服务。这些智能化的信息系统构成了智慧城市的运动神经元细胞。
神经网络——泛在互联的信息网络构成了智慧城市的“神经网络”。由高速、泛在、高可靠的有线光纤网络和无线带宽网络构成的信息网络是城市最为重要的基础设施，主要包括公众电信网、互联网、行业专用通信网等，泛在互联的信息神经网络构成了智慧城市的“神经网络”。
神经冲动——城市的海量数据和信息资源构成了智慧城市的“神经冲动”，城市的各个业务系统在城市运行过程中均会产生海量数据、信息和知识、包括城市空间
人口、发展、经济、文化等基础数据，交通、水务、电力、金融等行业和业务数据，以及领域内部、行业内部经过分析和处理的决策信息、关联分析信息等，这些数据和信息已逐步超越劳动力、土地、资本等传统生产要素的价值，成为第一生产要素，在城市经济社会活动中发挥着日益重要的作用，是智慧城市的“养分”和神经冲动”。
大脑中枢系统——智慧城市的运营管理中心构成城市“大脑中枢系统”。智慧城市建设的关键是对城市各项资源的整合和共享，对零散的业务信息系统实现联动和协同。
一方面，智慧运营和管理中心以业务协同联动，促进城市级数据和信息资源整合和共享，打破各部门、行业的孤岛式运营，为城市运行管理提供更科学的监测分析单和预警决策服务。另一方面，智慧运营和管理中心基于云计算技术向城市创造同一的开发、运行环境，为城市提供随需而变的应用和服务。