大脑包括两个半球，两个半球的中部由胼胝体相连，其他完全分开。大脑半球表面布满沟壑，沟与沟之间所夹的细长部分被称为脑回。左右两侧大脑半球的沟和回基本对称。比较重要的脑沟有外侧沟、中央沟和顶枕沟，它们将大脑表面的皮层(大脑皮层)分成了几个脑叶：额叶、顶叶、枕叶和颞叶。

连接两个半球的胼胝体，是人体内最大的神经纤维传导束，也是信息数据流从—侧大脑向另一侧大脑传输的最主要通道。

如果将大脑剖开，可以从横截面看到从皮层往里的纵向结构。大脑最外层是灰质，是表层2~4毫米厚的大脑皮层，密集的神经元在这里形成的一个复杂巨大的网络，赋予了人类的鲜明特征。灰质从表面向下有6层结构，然后到达白质。白质由神经元的突起组成，包括轴突和长的树突，它们集结成束，被称为神经纤维。白质中的神经纤维一直向下延伸，通过脑干分别连接小脑和脊髓。

大脑下方与脑干相连，脑干是人的生命中枢，位于后脑勺的位置。人体之所以可以保持体温、呼吸、血压等最基本的生命体征，就是因为脑干。一旦一个人的脑干受损，他随时可能死亡，这也是后脑勺的位置受伤相对于其他位置受伤更危险的原因。脑干自上而下由中脑、脑桥和延髓组成。中脑位于大脑的正中央，控制和协调身体的感觉和运动功能，比如眼球的运动、瞳孔的变化。脑桥管理着与运动相关的信息，涵盖了大脑皮层和小脑之间相互传递的所有信息。延髓下连脊髓，控制呼吸、心跳、消化等，支配呼吸、排泄、吞咽、肠胃等活动。

有大脑就有小脑，小脑的功能主要是保持平衡和感受位置。小脑受损时，人体常常丧失准确感受位置的能力，比如无法准确指到自己的鼻子，不能走直线等。

就在大脑的正中央，还有一个非常重要的结构，叫作丘脑。丘脑加工处理和传递几乎所有的进入大脑的感觉信息，它决定哪些信号可以优先传送至大脑皮层，为有意识的思考提供数据，因此丘脑有时也被称为“大脑的中枢”。

在丘脑下方，还有一个中空漏斗状的结构，它是调节内脏活动和内分泌活动的高级神经中枢，叫作下丘脑。大脑内几乎所有的结构都和下丘脑有关联，人的任何行为和思想的动机，比如人欲望产生的源泉都来源于此。下丘脑和其下部的一个专门从事激素分泌的豌豆状结构一起，通过激素调控身体的许多活动，包括消化、免疫、情绪等。这个豌豆状的结构，就是垂体。垂体是身体里最复杂的内分泌腺体，它产生的激素不但与身体的骨骼和软组织的生长有关，而且会影响其他腺体的活动。