Het cerebellum is het "kleine brein" dat zich onder de occipitale kwabben aan de achterkant van de schedel bevindt. Ondanks zijn bescheiden omvang bevat het meer neuronen dan de rest van de hersenen samen, gerangschikt in een zeer regelmatig netwerk.

De klassieke rol van het cerebellum is de coördinatie van vrijwillige bewegingen, het handhaven van houding en evenwicht, en het vloeiend maken van motorische output. Beschadiging leidt tot ataxie – een onstabiele gang, intentietremor en moeite met snelle, afwisselende bewegingen – zonder verlamming. Het cerebellum speelt ook een rol bij motorisch leren; het helpt het zenuwstelsel bewegingen aan te passen op basis van feedback over fouten. Recenter onderzoek wijst er ook op dat het cerebellum betrokken is bij bepaalde cognitieve en emotionele functies, hoewel de motorische rol primair blijft.

Sensorische informatie over de lichaamspositie en de voortgang van lopende bewegingen stroomt naar het cerebellum, dat de beoogde actie vergelijkt met het daadwerkelijke resultaat en corrigerende signalen afgeeft. Dit proces is grotendeels onbewust. Wanneer de vingers van een pianist nauwkeurig op de toetsen landen of een wandelaar herstelt van een struikelpartij, heeft het cerebellum zijn continue kalibratie uitgevoerd.

Sierlijke, perfect getimede bewegingen zijn de kenmerkende bijdrage van het cerebellum.