Der größte Teil des menschlichen Gehirns füllt fast den gesamten Schädel aus und ist für jene Fähigkeiten verantwortlich, die uns am deutlichsten als menschlich erscheinen. Das Großhirn umfasst die Großhirnrinde und die darunterliegende weiße Substanz sowie tiefer liegende Strukturen wie die Basalganglien und den Hippocampus.

Die Großhirnrinde ist in zwei Hemisphären unterteilt, die durch den Corpus callosum verbunden sind. Jede Hemisphäre ist weiter in Lappen unterteilt, die für Sehen, Hören, Tastsinn, Bewegung, Sprache und exekutive Funktionen zuständig sind. Faserbahnen der weißen Substanz verbinden entfernte kortikale Areale zu funktionellen Netzwerken, die komplexe kognitive Prozesse ermöglichen.

Eine Schädigung des Großhirns kann nahezu alle höheren Funktionen beeinträchtigen, während die grundlegenden Lebenserhaltungssysteme intakt bleiben, sofern der Hirnstamm unversehrt ist. Die entwicklungsbedingte Ausdehnung des Großhirns im Verhältnis zu anderen Hirnregionen ist ein Kennzeichen der menschlichen Evolution. Moderne bildgebende Verfahren des Gehirns haben gezeigt, dass selbst einfache Aufgaben weitverzweigte Hirnnetzwerke und nicht einzelne isolierte Zentren beanspruchen.

Im alltäglichen Sprachgebrauch bezieht sich „Gehirn“ meist hauptsächlich auf diese dominante Struktur.