O cérebro pode ser dividido em duas regiões. O tronco cerebral é a parte do cérebro que se estende para baixo em direção à medula espinhal. Os hemisférios cerebrais contêm a camada externa enrugada do cérebro, chamada córtex cerebral, e algumas estruturas mais profundas, incluindo os gânglios da base, o hipocampo e os núcleos amigdalóides.
Um hemisfério cerebral é constituído principalmente por matéria cinzenta com sulcos e uma camada interna de substância branca. A substância cinzenta do cérebro contém os corpos celulares dos neurônios. A substância branca, por outro lado, é branca porque contém os axônios mielinizados que se estendem do corpo celular de um neurônio. As cristas das rugas da substância cinzenta são chamadas giros, e os sulcos são chamados sulcos ou fissuras. O sulco central é um dos sulcos mais proeminentes, que separa os giros pré-central e pós-central. O giro pré-central está envolvido nas funções motoras, enquanto o giro pós-central controla a entrada sensorial.
Cada hemisfério cerebral pode ser dividido em quatro lobos, cada um com funções distintas. O lobo frontal, que cobre a área atrás da testa e no topo da cabeça, está envolvido no planejamento e movimento. O lobo parietal, localizado logo atrás do lobo frontal, gerencia as informações sensoriais. O lobo occipital na base do crânio está envolvido com a visão, e o lobo temporal, que fica no lado do cérebro atrás das orelhas, gerencia a audição.
Os hemisférios cerebrais controlam os lados contralaterais do corpo, ou seja, o hemisfério cerebral direito controla o lado esquerdo do corpo e vice-versa. As informações sensoriais da mão direita, por exemplo, passam para o hemisfério cerebral esquerdo, onde são processadas. Para mover a mão direita, o sinal deve vir do lado esquerdo do cérebro e atravessar novamente.
Um grande feixe de nervos chamado corpo caloso liga os hemisférios cerebrais esquerdo e direito. Os dois hemisférios nem sempre são exatamente simétricos e podem ser um pouco especializados. Por exemplo, a área de Wernicke e a área de Broca, as duas partes do cérebro envolvidas na fala, estão localizadas no hemisfério cerebral esquerdo.
As partes mais profundas dos hemisférios cerebrais também são críticas para o funcionamento do cérebro. Os gânglios da base, uma coleção de núcleos intimamente ligados ao córtex, regulam o movimento motor. O hipocampo está envolvido no armazenamento e recuperação da memória. Os núcleos amigdalóides controlam as respostas emocionais, especialmente as emoções como raiva e medo.