El cerebelo es el "cerebro pequeño" que se encuentra debajo de los lóbulos occipitales, en la parte posterior del cráneo. A pesar de su tamaño modesto, contiene más neuronas que el resto del cerebro en conjunto, organizadas en un circuito altamente regular.

Su función clásica es la coordinación del movimiento voluntario, el mantenimiento de la postura y el equilibrio, y la regulación de la respuesta motora. El daño produce ataxia —marcha inestable, temblor intencional y dificultad con los movimientos alternantes rápidos— sin parálisis. El cerebelo también participa en el aprendizaje motor; ayuda al sistema nervioso a ajustar los movimientos en función de la retroalimentación de errores. Evidencia más reciente lo relaciona también con ciertas funciones cognitivas y emocionales, aunque su función motora sigue siendo primordial.

La información sensorial sobre la posición del cuerpo y el progreso de los movimientos en curso llega al cerebelo, que compara la acción prevista con el resultado real y emite señales correctivas. Este proceso es en gran medida inconsciente. Cuando los dedos de un pianista se posan con precisión sobre las teclas o una persona que camina se recupera de un tropiezo, el cerebelo ha realizado su calibración continua.

Los movimientos elegantes y bien sincronizados son la contribución distintiva del cerebelo.