La plus grande partie du cerveau humain occupe la majeure partie de la boîte crânienne et est responsable des capacités que l'on associe le plus à l'humain. Le cerveau comprend le cortex cérébral et la substance blanche sous-jacente, ainsi que des structures profondes comme les noyaux gris centraux et l'hippocampe.

Le cerveau est divisé en deux hémisphères reliés par le corps calleux. Chaque hémisphère est lui-même subdivisé en lobes responsables de la vision, de l'audition, de la somesthésie, du mouvement, du langage et des fonctions exécutives. Des faisceaux de substance blanche relient des aires corticales distantes en réseaux fonctionnels qui sous-tendent la cognition complexe.

Une lésion cérébrale peut altérer la quasi-totalité des fonctions supérieures, tout en préservant les systèmes vitaux de base si le tronc cérébral est épargné. Le développement du cerveau par rapport aux autres régions cérébrales est une caractéristique fondamentale de l'évolution humaine. La neuro-imagerie moderne a révélé que même des tâches simples sollicitent des réseaux cérébraux largement distribués plutôt que des centres isolés.

Dans le langage courant, le terme « cerveau » désigne souvent principalement cette structure dominante.