位于颅腔内，下通脊髓，是髓的汇聚处。人脑结构极为复杂，功能非常完善，是人类思维、意识活动的重要物质载体。

人脑主要由大脑、小脑、脑干构成，也可被具体划分为5个部分，即端脑，指大脑左右两半球；间脑；中脑；后脑，由小脑和桥脑或称脑桥组成；延脑或称延髓。中脑、脑桥与延髓组成脑干，其间有神经细胞团与神经纤维交错组成的脑干网状结构。脑的各组成部分是协同运动的。

人的大脑半球的表层是灰质，也叫大脑皮层，是调节人体生理活动的最高级中枢。表面有很多往下凹的沟（裂），沟（裂）之间有隆起的回，因而大大增加了大脑皮层的面积，约有2200平方厘米。人脑神经元约有1000亿个。人的大脑皮层最为发达，是思维的器官，主导机体内一切活动过程，并调节机体与周围环境的平衡，所以大脑皮层是高级神经活动的物质基础。小脑主要功能是使运动协调、精准、维持身体平衡，也与运动相关的学习记忆功能相关。脑干的灰质中含有心血管中枢、呼吸中枢等，控制呼吸、血压、心血管活动等基本的身体功能。

人脑是从低等动物的原始神经组织经过长期的演化历程发展而来的。成人人类脑重约为1200～1500克。人脑达到高度的发展，主要在于大脑两半球的不断扩大和复杂化。大脑两半球的表面积扩大到一定程度，由于颅腔容量的限制而出现沟、回，并逐渐增加其数目。大脑两半球主要由灰质表层、白质和皮下神经节，即大脑皮质、神经纤维髓质和基底神经节组成。由联合神经纤维（主要是胼胝体）联结在一起的大脑两半球划分为额叶、顶叶、枕叶与颞叶，而且它们各有一定的机能分工。从人脑与动物脑的结构比较，人脑发达的标志主要表现为：大脑皮质面积的增加、皮质各层细胞的高度分化和严密的结构。

脑的基本构成单位是神经细胞（神经元）和胶质细胞。人脑的神经元数约达10¹¹（正负10倍）。大脑皮质（亦称皮层）的神经元约为140亿，一般是6层的结构模式。其中，感知从外周传来刺激的细胞主要位于第4层；实现加工和将兴奋由一个皮质区传递给另一皮质区的细胞，多半在第2层和第3层；把传出冲动引向外周的细胞主要在第5层。神经元与神经元之间以电的和化学的方式相互传递信息。每一个神经元通常拥有几百个以至几千个突触联结，人脑的全部突触数约达10¹⁵之多。突触的联结形式是复杂多样的，整个脑是通过这种联结而组成的一个巨大的自调控、自组织、自学习的神经网络系统。

脑结构图 

关于人脑与意识的关系，确切地说，意识是脑的总体功能的产物，无法还原到脑的局部功能，然而该观点的形成，人类却进行了长期的探索。人们曾把意识看成是不依赖于物质实体的神秘莫测的东西，并未把脑看作是意识的器官。随着近代自然科学特别是生理学的发展，17世纪以后脑才被认为是产生意识的机构。但限于当时的科学实验条件和认识水平，又往往把人的各种心理、意识现象机械地定位于脑内各特定的部位。18世纪末德国医生和解剖学家F.J.加尔（1758～1828）的观点就是如此。到了19世纪，法国生理学家M.-J.-P.弗洛伦斯（1794～1867）等人才把脑看作是整体活动，并认为意识是整体的脑的机能。后来，I.P.巴甫洛夫及其创立的条件反射学说，以大量的实验研究进一步证明并从理论上阐述了人的意识是大脑皮质的功能。尤其应肯定的是，大脑的前额部皮层对于大脑的意识有重要的作用。从较低等的动物神经到人类最发达的神经系统，大脑经历了遗传脑、环境脑最后到了今天的意识脑，而前额叶及其相关的神经网络是意识脑的物质基础。

随着人体生长、发育直至衰老，人脑也会进入老化的阶段，大脑保持内、外环境稳定性的能力显著减弱，自我修复能力下降，脑功能逐渐衰退。大脑功能的逐渐退化表现为：记忆力逐渐下降，容易出现健忘；对新生事物兴趣减退，无法很快适应环境变化；对外界突发事件的反应不如年轻时迅速；在一些重大活动发生前，很难入睡，有一些事情在心里很难释怀；容易激动等。脑功能退化与多种因素相关，老龄时期，脑功能、生化和酶的活性、化学信使、突触改变或皮质的基因表达发生变化，大脑代谢减弱，大脑可塑性降低，氧化过程产生的自由基引起脑细胞损害，DNA的复制和修复能力受损，神经递质的数量和活性下降，大脑结构逐渐萎缩，皮质变薄，这些将大大减少神经元之间的联系，产生认知缺陷。

关于大脑的研究，必须由生物物理学、生物化学、生理心理学、病理心理学等多学科协作持续，并且已经在大脑记忆研究、脑神经组织修复、大脑老化等方面均取得重大进展，研究大脑的技术也取得诸多突破。但仍有许多问题有待继续深入探讨。当前，中国、美国、日本、韩国等国以及欧盟等组织均已发起了相关的人脑研究计划，旨在进一步推进人类大脑研究。