Подобно другим окаменелостям из Чэнцзяна (провинция Юньнань), образцы Fuxianhuia оказались быстро погребены в среде с низким содержанием кислорода, что спасло их от бактериального разложения. У некоторых особей сохранились даже детали внутренних органов. Нервная анатомия выглядит как концентрация коричневого, богатого железом пигмента. Учёные распознали в этом мозг, благодаря тому что своими размерами, очертаниями и положением он напоминал мозг креветок из рода Palaemonetes.

Мозг членистоногого состоял из трёх сегментов, которые сливались у рта; есть также следы нервной ткани в глазных стебельках. Г-н Эджкомб полагает, что поразительное сходство нейронной анатомии образца и современных насекомых и некоторых ракообразных указывает на «довольно сложный мозг». Возможно, он развился с тем, чтобы обрабатывать зрительную информацию, получаемую в сравнительно высоком разрешении. Это утверждение соответствует гипотезе о том, что эволюция в кембрии протекала в виде гонки вооружений между хищником и жертвой. Судя по предполагаемым визуальным способностям Fuxianhuia и останкам трилобитов, обнаруженным в кишечнике родственных видов, кембрийское членистоногое было хищником, полагавшимся на острое зрение.

Исследователи интерпретируют эти тёмные пятна как мозг и зрительные доли.

Возникновение сложного мозга в такой древности не может не удивлять (эксперты сравнивают это с появлением кошки среди голубей) и поднимает новые вопросы. Можно ли говорить о том, что такая нейронная анатомия была одной из ранних черт членистоногих? Или же она развилась ещё раз позднее?

И не все комментаторы не готовы принять предложенную интерпретацию.

Палеобиолог Грэм Бадд из Университета Уппсалы (Швеция) хотел бы сравнения с другими окаменелостями, но признаётся, что его не удивила бы правота коллег: «Каждый раз при развитии сложных зрительных систем в дело вступает жёсткий естественный отбор, необходимый для оптимизации нейронных систем, способных поддерживать их».

Георг Майер из Лейпцигского университета (ФРГ), специалист по нейроанатомии членистоногих, и вовсе считает тёмные пятна смесью остатков нервной, мышечной и пищеварительной систем. В то же время г-н Майер далёк от желания отказать кембрийскому существу в изощрённом мозге: во-первых, тело животного имеет сложное строение; во-вторых, Fuxianhuia обитал в непростой, опасной среде.