Hjernestammen er den stilklignende strukturen som forbinder storhjernen og lillehjernen med ryggmargen. Den er den eldste delen av hjernen evolusjonært sett og er fortsatt essensiell for de mest grunnleggende livsfunksjonene.

Hjernestammen består av tre regioner: mellomhjernen, pons og medulla oblongata. Sammen regulerer de hjertefrekvens, blodtrykk og pust. De inneholder kjernene til de fleste hjernenervene, som kontrollerer ansiktet, munnen og øynene, og de huser de oppadgående og nedadgående nervebanene som bærer sensorisk og motorisk informasjon mellom kroppen og den øvre delen av hjernen. Den retikulære formasjonen i hjernestammen modulerer oppvåknings- og søvn-våken-sykluser; skade kan forårsake koma.

Fordi hjernestammen er tettpakket med kritiske nervebaner og kjerner, kan selv små lesjoner være ødeleggende. Samtidig gjør dens relative enkelhet sammenlignet med cortex den til et område hvor visse automatiske funksjoner kan fortsette selv når høyere bevissthet er tapt.

Når hjertet slår og lungene utvider seg uten bevisste instruksjoner, gjør hjernestammen sitt kontinuerlige, diskrete arbeid.