Serebelum adalah "otak kecil" yang terletak di bawah lobus oksipital di bagian belakang tengkorak. Meskipun ukurannya kecil, serebelum mengandung lebih banyak neuron daripada gabungan seluruh bagian otak lainnya, yang tersusun dalam sirkuit yang sangat teratur.

Peran klasiknya adalah koordinasi gerakan sukarela, pemeliharaan postur dan keseimbangan, serta penghalusan keluaran motorik. Kerusakan menghasilkan ataksia—gaya berjalan yang tidak stabil, tremor intensional, dan kesulitan dengan gerakan bolak-balik cepat—tanpa kelumpuhan. Serebelum juga berpartisipasi dalam pembelajaran motorik; ia membantu sistem saraf menyesuaikan gerakan berdasarkan umpan balik kesalahan. Bukti yang lebih baru menunjukkan keterlibatannya dalam fungsi kognitif dan emosional tertentu juga, meskipun peran motorik tetap utama.

Informasi sensorik tentang posisi tubuh dan perkembangan gerakan yang sedang berlangsung mengalir ke serebelum, yang membandingkan tindakan yang dimaksudkan dengan hasil aktual dan mengeluarkan sinyal korektif. Proses ini sebagian besar tidak disadari. Ketika jari-jari seorang pianis mendarat dengan tepat di tuts atau seorang pejalan kaki pulih dari tersandung, serebelum telah melakukan kalibrasi terus-menerus.

Gerakan yang anggun dan tepat waktu adalah ciri khas dari otak kecil (serebelum).