El tronco encefálico es la parte más baja del cerebro y es una continuación estructural de la médula espinal. Es la parte más antigua del cerebro, estructuralmente análoga a las partes que se encuentran en el cerebro de todos los vertebrados, aparentemente incluso los vertebrados más antiguos, como el pez sin mandíbula, Haikouichthys, cuyos fósiles datan de hace 530 millones de años. El área incluye el mesencéfalo y el mesencéfalo, dos de las tres regiones principales en las que el tubo neural se diferencia durante la embriogénesis. La tercera región se diferencia en el resto del cerebro.
Posiblemente la parte más primitiva del cerebro, pero también entre las más esenciales, el tronco encefálico regula principalmente las funciones autónomas junto con las partes del sistema nervioso central fuera del cerebro. Estas funciones incluyen control cardiovascular (latidos cardíacos y presión arterial), control de la sensibilidad al dolor, estado de alerta, control respiratorio (respiración) y, más ampliamente, conciencia, aunque esta palabra es notoriamente resbaladiza para definir. Si esta región está dañada, es probable la muerte, mientras que si parte de la corteza (capa externa) del cerebro está dañada, por ejemplo, la supervivencia es mucho más probable.
Además de regular las funciones más básicas de la vida, el tronco encefálico desempeña el papel de una especie de centralita neuroanatómica, pero el resto del cerebro, ya que toda la información que entra y sale del cerebro debe pasar a través de él. Su tercer papel principal es servir como el núcleo de los nervios craneales, nervios que emergen del cerebro en lugar de la médula espinal, como lo hacen la mayoría de los nervios. Los humanos tienen 12 nervios craneales, que sirven a los sistemas motores y sensoriales de la cabeza y el cuello.
Los componentes del área incluyen el bulbo raquídeo, la protuberancia y el mesencéfalo. La médula contiene las regiones del cerebro que controlan la respiración, el corazón, la deglución, el vómito y la defecación. El centro cardíaco en la médula, específicamente, es lo que controla el corazón. La médula es la parte más baja del tallo, y justo encima de ella está la protuberancia, que es el bulto característico del tallo cerebral. Sus funciones principales son transmitir información sensorial entre el cerebelo y el cerebro (la mayor parte del cerebro), ayudar a regular la respiración y controlar la excitación, no en el sentido sexual, sino en el sentido de que un animal duerme o está despierto, tranquilo o agitado