La substance blanche est située à la base du cerveau entre le cervelet et le tronc cérébral. Il est constitué de longues fibres nerveuses appelées axones. Les axones sont isolés par la myéline, des gaines de graisse qui donnent à la région la couleur blanche qui lui a donné son nom. La myéline aide à accélérer la transmission des signaux le long des axones. Ces signaux envoient des informations sensorielles du corps au cortex cérébral, aidant à contrôler les fonctions autonomes du corps. Les fonctions autonomes sont les fonctions corporelles telles que la respiration, les clignements des yeux et la transpiration qui sont exécutées sans que le cerveau y pense consciemment.
Faisant partie du système nerveux central, la substance blanche comprend le thalamus et l’hypothalamus qui sont situés dans le cervelet. L’hypothalamus est situé sous le thalamus. Les deux sont des réseaux neuronaux qui ont plusieurs fonctions, mais le plus important semble être que le thalamus relaie des messages au cortex cérébral, et l’hypothalamus joue un rôle important dans la régulation du système métabolique du corps.
La matière blanche diffère de la matière grise par plusieurs aspects importants. Bien que la matière grise contienne également des axones, ils ne sont pas myélinisés. Il contient également des cellules nerveuses et des dendrites, qui se ramifient à partir des cellules nerveuses. La matière grise sert de centre de traitement des messages du cerveau et est responsable de la pensée consciente du cerveau. Alors que la matière grise est située à l’extérieur du cerveau et à l’intérieur de la moelle épinière, la matière blanche suit le schéma inverse. Il est situé dans le cerveau et à l’extérieur de la moelle épinière.
Chez l’homme, la répartition de la matière blanche et grise varie entre les sexes. Les hommes ont en moyenne un cerveau plus gros que les femmes, mais les femmes ont proportionnellement plus de matière grise tandis que les hommes ont des volumes de matière blanche plus élevés. Les femmes ont plus de matière reliant les deux hémisphères du cerveau, mais les hommes ont des concentrations plus élevées dans chaque hémisphère. Ces différences semblent corrélées aux tendances des hommes à mieux réussir les tâches spatiales que les femmes. Les femmes, en revanche, ont tendance à surpasser les hommes dans les tâches verbales.
Le vieillissement affecte également la substance blanche du cerveau. À mesure que le cerveau vieillit, des lésions commencent à apparaître sur ces zones, ce qui commence à limiter la fonction cognitive du cerveau, vraisemblablement en altérant la capacité du cerveau à envoyer et à recevoir des messages. Plus une personne a de lésions, plus ses capacités cognitives sont altérées. Bien que les lésions fassent partie du vieillissement normal, elles peuvent être exacerbées par d’autres problèmes de santé, notamment l’hypertension artérielle.