Als Teil des Zentralnervensystems besteht die graue Substanz aus Zellkörpern, insbesondere den Zellkörpern von Neuronen, einem Neurophil, Gliazellen und Dendriten. Im Gegensatz zur weißen Substanz befindet sich diese Art von Gehirnsubstanz in Bereichen des Gehirns, die eine Muskelkontrolle beinhalten. Es findet sich auch in Gehirnbereichen, die die Wahrnehmung einer Person steuern, wie etwa das Sehen oder Hören von Dingen oder die Bildung von Erinnerungen. Sprache und Emotionen werden ebenfalls stark von der grauen Substanz beeinflusst.
Die graue Substanz befindet sich in mehreren Bereichen des Gehirns. Es kann auf den Oberflächen der Großhirnrinde und des Kleinhirns gefunden werden. Diese Art von Materie befindet sich auch tief im Großhirn. In der Mitte des Rückenmarks findet man sowohl graue als auch weiße Substanz, aber grau überwiegt.
Die Hauptfunktion der grauen Substanz besteht darin, sensorische Informationen zu transportieren, die von den Zellen der grauen Substanz und den Sinnesorganen stammen. Diese Informationen werden dann an die Bereiche des Gehirns weitergegeben, die sensorische Informationen verarbeiten. Intelligenz und Geschick werden dieser Hirnsubstanz oft zugeschrieben, hauptsächlich weil sie so viel des Gehirns bedeckt. Darüber hinaus haben Studien gezeigt, dass jede Person unterschiedliche Mengen und Dichte dieser Hirnsubstanz hat, die oft höhere Konzentrationen in Bereichen aufweist, die mit bestimmten intellektuellen Aspekten oder der Beherrschung von Fähigkeiten zusammenhängen.
Frühere Studien legten nahe, dass die Größe des Gehirns einer Person in keinem Zusammenhang mit dem Intelligenzniveau steht. Während bei Probanden mit einem höheren Intelligenzquotienten (IQ) größere Gehirne vorhanden waren, war der erhöhte IQ nicht signifikant genug. Neuere Forschungen haben gezeigt, dass IQ-Tests mehrere Bereiche der grauen Substanz im Gehirn aktivieren können. Dies bedeutet, dass, obwohl eine Person Stärken und Schwächen in bestimmten Bereichen der Intelligenz aufweisen kann, sowohl die Stärken als auch die Schwächen aus einem kombinierten Volumen und Aktivitätsniveau durch das individuelle Muster der Materie im gesamten Gehirn resultieren.
Obwohl größere Konzentrationen der grauen Substanz Intelligenz und Geschicklichkeit anzeigen können, können kleine Konzentrationen und Mängel zu Problemen führen. Bei älteren Menschen haben Studien beispielsweise gezeigt, dass das Kurzzeitgedächtnis beeinträchtigt wird, da das Volumen der grauen Substanz mit zunehmendem Alter abnimmt. Studien haben auch gezeigt, dass Unterschiede im Volumen der grauen Substanz auch mit bestimmten psychischen Störungen wie der bipolaren Störung verbunden sein können. Bei einigen psychischen Störungen gibt es Hinweise darauf, dass Patienten einen Mangel an grauer Substanz im Bereich des linken Parietallappens haben können. Schweregrad und Dauer werden jedoch oft durch das Materievolumen im rechten Frontalgyrusabschnitt des Gehirns bestimmt.