Viele Leute denken, das Gehirn sei eine einzige Masse. Bei direkter Betrachtung kann man jedoch sehen, dass tatsächlich eine Linie in der Mitte verläuft, die das Gehirn im Wesentlichen in zwei Hälften teilt. Diese Hälften werden als Hemisphären des Gehirns bezeichnet. Im Allgemeinen steuert die rechte Hemisphäre die linke Körperseite und umgekehrt. Jede Seite des Gehirns hat auch bestimmte Gehirnprozesse, für deren Steuerung sie hauptsächlich verantwortlich ist. Innerhalb jeder Hemisphäre gibt es auch mehrere kleinere Abschnitte, sogenannte Lappen, die mit einer weiteren Spezialisierung verbunden sind. Obwohl die Hemisphären des Gehirns in gewisser Weise unterschiedlich sind, sind sie miteinander verbunden und teilen Informationen.
Im Allgemeinen steuert jede der Hemisphären des Gehirns die gegenüberliegende Seite des Körpers. Zum Beispiel kommen die Nervenimpulse, die zum Bewegen der rechten Hand benötigt werden, typischerweise von der linken Seite des Gehirns. In ähnlicher Weise verarbeitet jede Seite des Gehirns typischerweise sensorische Informationen für die gegenüberliegende Seite des Körpers. Wird beispielsweise das linke Bein von einem Hund gebissen, werden die von den Beinnerven erzeugten Schmerzimpulse an die linke Gehirnhälfte weitergeleitet.
Bestimmte Gehirnprozesse werden auch oft überwiegend, wenn auch nicht unbedingt ausschließlich, von jeder der Hemisphären abgewickelt. So ist beispielsweise die linke Hemisphäre in der Regel für die Sprache und die logische Aufschlüsselung von Informationen zuständig, während die rechte in der Regel für die räumliche Wahrnehmung und die Bewertung der Gesamtsituation anhand kleinerer Informationen zuständig ist. Schäden an einer Gehirnhälfte, wie etwa bei einem Schlaganfall, können diese Unterscheidungen deutlich machen. Beispielsweise kann ein Schlaganfall in der linken Hemisphäre dazu führen, dass eine Person nicht in der Lage ist, klar zu kommunizieren.
Die Hemisphären des Gehirns enthalten auch separate spezialisierte Bereiche, die als Lappen bezeichnet werden. Jeder Lappen ist in der Regel für weitere spezialisierte Prozesse verantwortlich. Zum Beispiel dominiert der Frontallappen oft die Kontrolle von Emotionen, während der Okzipitallappen im Allgemeinen für das Sehen verantwortlich ist. Während jede Hemisphäre die gleiche Anzahl und Art von Lappen hat, glauben Experten, dass die Lappen auf jeder Seite leicht unterschiedliche Rollen in ihren dominanten Prozessen spielen können. Dieser Glaube basiert hauptsächlich auf unterschiedlichen Mustern von Symptomen, die beobachtet wurden, wenn ein bestimmter linker Hemisphärenlappen beschädigt ist, verglichen mit dem gleichen rechten Hemisphärenlappen.
Obwohl die Hemisphären des Gehirns physisch getrennt sind und die überwiegende Kontrolle über verschiedene Prozesse haben, sind sie nicht völlig unabhängig voneinander. Sie sind in der Mitte durch ein Bündel von Nervenfasern verbunden, das Corpus callosum genannt wird. Dies ermöglicht es den Hemisphären des Gehirns, miteinander zu kommunizieren und Informationen auszutauschen, was sie regelmäßig tun.