소뇌와 함께 뇌를 구성하고 있는 것으로 인간에서는 뇌의 90 %를 차지하고, 정신상의 중요한 기능을 담당하고 있다.
반구 모양의 좌우 대뇌반구와 그 사이에 끼여 있는 막대 모양의 뇌간으로 구성되어 있다. 뇌간은 형태적 ·기능적으로 위쪽에서부터 차례로 간뇌 ·중뇌 ·교 ·연수로 구분되고, 아래쪽은 척수로 이어져 있다. 간뇌는 좌우의 대뇌반구 사이에 끼여 있기 때문에 밖에서는 보이지 않는다. 중뇌와 교 및 연수의 등쪽면은 소뇌로 덮여 있고, 중뇌 ·교 ·연수의 배쪽면이 밖에서 보인다. 뇌에서 나오는 12쌍의 뇌신경 중에서 후신경과 시신경 이외의 10쌍이 중뇌 ·교 ·연수로부터 나와 있다.
또한, 뇌간에는 여러 가지 기능을 가진 신경세포의 집단(핵)과 대뇌반구로 올라가는 감각신경로와 대뇌반구로부터 내려가는 운동신경로가 있다.
대뇌반구의 표면에는 많은 홈이 있는데, 그 중에서 특히 큰 홈은 중심구와 외측구이다. 이들 홈을 경계로 하여 편의상 전두엽 ·두정엽 ·후두엽 ·측두엽으로 구분된다. 두 반구 사이의 갈라진 틈을 따라 뇌를 세로로 잘라보면, 대뇌반구의 안쪽면과 두 반구를 잇는 신경섬유다발의 절단면(뇌량이라고 한다)과 뇌간과 소뇌의 절단면이 보인다.
대뇌반구를 수평으로 잘라보면, 표면은 회백색의 대뇌피질(평균두께 2.5 mm)로 테가 둘려져 있다. 대뇌피질에는 약 140억의 여러 가지 모양을 한 신경세포가 층 모양으로 배열되어 있어 서로 복잡한 기능적 연락이 이루어지고 있다. 대뇌피질의 내부는 백색으로 신경섬유의 다발이며 대뇌수질이라고 한다.
신피질은 고등동물일수록 발달하여 인간에서는 그 발달이 특히 두드러진다. 또한 구피질과 고피질을 합쳐서 변연피질(邊緣皮質)이라 부른다. 대뇌피질은 감각신경으로부터 보내온 정보를 처리 ·안배(통합작용이라고 한다)하여 운동이나 분비의 지령(指令)으로 내보내는 일을 하는 곳이다. 따라서 신피질이 이러한 통합작용을 하는 신피질계와 변연피질이 이러한 작용을 하는 대뇌변연계가 있지만, 그 밖에 뇌간과 척수도 이같은 통합작용을 하므로 뇌간 ·척수계를 추가한 3개의 통합계에 의해 분담되어 생명이 유지되고 있다.