Das Kleinhirn ist einer der kleineren Teile des Gehirns, spielt aber bei vielen verschiedenen geistigen und körperlichen Prozessen eine Rolle. Dieser Teil des Gehirns ist hauptsächlich für die Steuerung, aber nicht die direkte Initiierung bestimmter Bewegungsarten verantwortlich. Die Fähigkeit, das Gleichgewicht zu halten, und die Fähigkeit, die Körperhaltung beizubehalten, gehören zu den wichtigsten Funktionen des Kleinhirns. Teile davon sind auch für eine Vielzahl anderer neuronaler Prozesse verantwortlich oder tangential daran beteiligt. Dazu gehören das Lernen und verwandte kognitive Funktionen sowie die Konzentration und Reaktion auf einige Umweltreize.
Strukturell ähnelt das Kleinhirn einem sekundären Gehirn, das an der Basis des Gehirns montiert ist. Eine weit verbreitete Denkweise über das Kleinhirn sieht es als eine Art Parallelverarbeitungsgerät vor, das bestimmte Schlüsselaufgaben erledigt, jedoch relativ linear und untergeordnet. Dieser Teil des Gehirns besteht aus vielen Nervensegmenten, die alle eine Grundkonfiguration haben. Jedes Segment akzeptiert eine Vielzahl von Eingaben, verarbeitet diese eingehend und kompliziert und gibt dann eine relativ einfache Ausgabe weiter. Diese Art der Berechnung und Verarbeitung erleichtert die halbautonome Handhabung vieler routinemäßiger, aber entscheidender Aufgaben.
Eine der Funktionen des Kleinhirns, die in diese Kategorie fällt, hat mit dem Gleichgewicht zu tun. Der menschliche Körper muss ständig viele kleine Anpassungen vornehmen, um aufrecht zu bleiben. Diese werden größtenteils von einem Teil des Kleinhirns bewältigt, das das Gleichgewicht ohne aktives Denken verarbeitet.
Einen menschlichen Körper effizient und sicher zu bewegen, ist auch eine sehr komplizierte Aufgabe. Eine weitere Funktion des Kleinhirns besteht darin, den Bewegungsablauf zu unterstützen. Das Kleinhirn beginnt keine Bewegungen, sondern dient als eine Art Assistent, um Bewegungen reibungsloser zu machen, wenn sie von anderen Teilen des Gehirns eingeleitet werden.
Der Bewegungsablauf beinhaltet die ständige Aufmerksamkeit auf die aktuelle Position des Körpers und seine Bewegungsrichtung. Ein gesundes Kleinhirn ermöglicht glatte und gerade Muskelbewegungen. Ein beschädigtes Gehirn erzeugt unbeholfene und ruckartige Bewegungen, während das höhere Gehirn versucht, die Bewegung zu lenken, eine Aufgabe, für die es nicht geeignet ist.
Andere Funktionen des Kleinhirns neigen dazu, seine Fähigkeit zu nutzen, bestimmte Arten von Informationen zu sortieren und zu verarbeiten und dann Ausgaben an Bereiche des Gehirns oder Nervensystems zu senden, in denen diese Informationen nützlich sind. Das Kleinhirn ist an mehreren Arten des Lernens beteiligt und scheint besonders wichtig beim Lernen zu sein, das kleine Anpassungen an Bewegungsmustern erfordert. Zusätzliche Funktionen des Kleinhirns sind die Übertragung von Daten an Bereiche wie das Verdauungssystem oder die Augen als Reaktion auf Umweltreize oder andere neuronale Reaktionen.