O tronco cerebral é a parte mais baixa do cérebro e é uma continuação estrutural da medula espinhal. É a parte mais antiga do cérebro, estruturalmente análoga às partes encontradas no cérebro de todos os vertebrados, ostensivamente até os vertebrados mais antigos, como o peixe sem mandíbula, Haikouichthys, cujos fósseis datam de 530 milhões de anos atrás. A área inclui o cérebro posterior e o cérebro médio, duas das três principais regiões em que o tubo neural se diferencia durante a embriogênese. A terceira região se diferencia no resto do cérebro.
Indiscutivelmente a parte mais primitiva do cérebro, mas também uma das mais essenciais, o tronco cerebral regula principalmente as funções autonômicas, juntamente com as partes do sistema nervoso central fora do cérebro. Essas funções incluem controle cardiovascular (batimentos cardíacos e pressão arterial), controle de sensibilidade à dor, estado de alerta, controle respiratório (respiração) e, mais amplamente, consciência – embora essa palavra seja notoriamente escorregadia de definir. Se essa região for danificada, a morte é provável, enquanto que parte do córtex (camada externa) do cérebro é danificada, por exemplo, a sobrevivência é muito mais provável.
Além de regular as funções mais básicas da vida, o tronco cerebral desempenha o papel de uma espécie de quadro de distribuição neuroanatômico, mas o restante do cérebro, pois todas as informações que entram e saem do cérebro devem passar por ele. Seu terceiro papel principal é servir como núcleo dos nervos cranianos, nervos que emergem do cérebro e não da medula espinhal, como a maioria dos nervos. Os seres humanos têm 12 nervos cranianos, que servem aos sistemas motor e sensorial da cabeça e pescoço.
Os componentes da área incluem a medula oblonga, a ponte e o mesencéfalo. A medula contém as regiões do cérebro que controlam a respiração, o coração, a deglutição, o vômito e a defecação. O centro cardíaco na medula, especificamente, é o que controla o coração. A medula é a parte mais baixa do tronco e logo acima está a ponte, que é a protuberância característica do tronco cerebral. Suas principais funções são retransmitir informações sensoriais entre o cerebelo e o cérebro (a maior parte do cérebro), ajudar a regular a respiração e controlar a excitação – não no sentido sexual, mas no sentido de um animal dormindo ou acordado, calmo ou agitado.