De hersenstam is de steelachtige structuur die de grote hersenen en het cerebellum verbindt met het ruggenmerg. Het is evolutionair gezien het oudste deel van de hersenen en blijft essentieel voor de meest basale levensfuncties.

De hersenstam bestaat uit drie gebieden: de middenhersenen, de pons en de medulla oblongata. Samen reguleren ze de hartslag, bloeddruk en ademhaling. Ze bevatten de kernen van de meeste hersenzenuwen, die het gezicht, de mond en de ogen aansturen, en de opstijgende en dalende banen die sensorische en motorische informatie tussen het lichaam en de hogere hersenen transporteren. De reticulaire formatie in de hersenstam moduleert de alertheid en de slaap-waakcyclus; beschadiging ervan kan coma veroorzaken.

Omdat de hersenstam vol zit met cruciale zenuwbanen en kernen, kunnen zelfs kleine beschadigingen verwoestende gevolgen hebben. Tegelijkertijd zorgt de relatieve eenvoud ervan in vergelijking met de hersenschors ervoor dat bepaalde automatische functies in dit gebied kunnen blijven functioneren, zelfs wanneer het hogere bewustzijn verloren gaat.

Wanneer het hart klopt en de longen uitzetten zonder bewuste instructie, verricht de hersenstam onopvallend zijn werk.