Az agytörzs a nyélszerű struktúra, amely összeköti a nagyagyat és a kisagyat a gerincvelővel. Evolúciós szempontból az agy legősibb része, és továbbra is elengedhetetlen a legalapvetőbb életfunkciókhoz.

Az agytörzset három régió alkotja: a középagy, a pons és a velőállomány. Együttesen szabályozzák a pulzusszámot, a vérnyomást és a légzést. Itt található a legtöbb agyideg magja, amelyek az arcot, a szájat és a szemet szabályozzák, valamint itt találhatók a felszálló és leszálló pályák, amelyek érzékszervi és motoros információkat szállítanak a test és a felső agy között. Az agytörzsben található retikuláris formáció modulálja az ébredés és az alvás-ébrenlét ciklusait; károsodásuk kómát okozhat.

Mivel az agytörzs sűrűn van tele kritikus pályákkal és magokkal, még a kis léziók is pusztítóak lehetnek. Ugyanakkor a kéreghez képesti relatív egyszerűsége olyan régióvá teszi, ahol bizonyos automatikus funkciók akkor is folytatódhatnak, ha a magasabb szintű tudatosság elvész.

Amikor a szív tudatos utasítás nélkül ver és a tüdő kitágul, az agytörzs folyamatos, észrevétlen munkát végez.