Como o cérebro maior, o cerebelo tem dois hemisférios. Os hemisférios cerebelares estão localizados em ambos os lados de uma pequena área chamada vermis, que separa os dois hemisférios no meio. Cada um dos hemisférios cerebelares é ainda dividido em cinco lobos. Dobras profundas no cerebelo separam os dez lobos. Posicionado na parte inferior traseira do cérebro, o cerebelo fica abaixo do cérebro e atrás da ponte.
Do lado de fora, os hemisférios cerebelares são diferenciados por dobras estreitas e paralelas. Isso é diferente do cérebro, que possui grandes dobras de superfície que parecem complicadas. O córtex do cerebelo é na verdade uma camada contínua de tecido cerebral firmemente dobrada sobre si mesma. Embora os hemisférios cerebelares representem apenas dez por cento do volume do cérebro, eles contêm mais neurônios que o resto do cérebro. Isso é possível devido à natureza firmemente dobrada do cerebelo.
Localizado profundamente dentro de cada um dos hemisférios cerebelares estão os núcleos profundos. Todos os sinais de saída são enviados através desses núcleos. O córtex dos hemisférios cerebelares avalia as mensagens recebidas transmitindo dados sensoriais e outros do cérebro. O ajuste fino do movimento é coordenado por essa parte do cérebro, à medida que as mensagens sensoriais são recebidas e os sinais aos músculos são enviados. Os danos ao cerebelo causam falta de coordenação e tempo dos movimentos, além de outros problemas, incluindo problemas de fala.
Funcionalmente, o cerebelo é dividido em três seções. O pontocerebelo consiste na maior parte do córtex do cerebelo. Os danos a essa porção do cerebelo geralmente são exibidos como falta de coordenação no mesmo lado do corpo que os danos. A lesão ou doença do vestibulocerebelo é caracterizada por tontura e marcha descoordenada. Se o espinocerebelo é danificado por álcool, lesão ou doença, a marcha se torna impressionante e a postura é afetada.
Vários distúrbios afetam o cerebelo. A ataxia espinocerebelar é uma condição genética degenerativa caracterizada por perda progressiva da coordenação. São conhecidos mais de dez tipos diferentes de ataxia espinocerebelar, dependendo da mutação genética específica envolvida. A pesquisa revelou uma conexão entre o autismo e uma redução no tamanho dos hemisférios cerebelares. Acidentes vasculares cerebrais e lesões cerebrais também afetam o funcionamento do cerebelo e resultam em falta de controle do movimento.