Móżdżek to „mały mózg” schowany pod płatami potylicznymi z tyłu czaszki. Pomimo niewielkich rozmiarów zawiera więcej neuronów niż reszta mózgu razem wzięta, ułożonych w bardzo regularny układ.

Jego klasyczną rolą jest koordynacja ruchów dowolnych, utrzymanie postawy i równowagi oraz wygładzanie bodźców motorycznych. Uszkodzenie powoduje ataksję – niestabilny chód, drżenie zamiarowe i trudności z wykonywaniem szybkich ruchów naprzemiennych – bez paraliżu. Móżdżek uczestniczy również w uczeniu się czynności motorycznych; pomaga układowi nerwowemu korygować ruchy na podstawie sprzężenia zwrotnego o błędach. Nowsze badania wskazują na jego udział również w niektórych funkcjach poznawczych i emocjonalnych, choć rola motoryczna pozostaje podstawowa.

Informacje sensoryczne o położeniu ciała i postępie wykonywanych ruchów docierają do móżdżku, który porównuje zamierzone działanie z rzeczywistym rezultatem i wysyła sygnały korygujące. Proces ten jest w dużej mierze nieświadomy. Gdy palce pianisty trafiają precyzyjnie w klawisze lub osoba chodząca podnosi się po potknięciu, móżdżek wykonuje swoją ciągłą kalibrację.

Pełen gracji i dobrze wyczuty ruch jest charakterystyczną cechą móżdżku.