Hjärnstammen är den stjälkliknande struktur som förbinder storhjärnan och lillhjärnan med ryggmärgen. Den är den evolutionärt sett äldsta delen av hjärnan och är fortfarande avgörande för de mest grundläggande livsfunktionerna.

Hjärnstammen består av tre regioner: mellanhjärnan, pons och medulla oblongata. Tillsammans reglerar de hjärtfrekvens, blodtryck och andning. De innehåller kärnorna i de flesta kranialnerver, som styr ansiktet, munnen och ögonen, och de inrymmer de uppåtgående och nedåtgående nerverna som transporterar sensorisk och motorisk information mellan kroppen och den övre delen av hjärnan. Den retikulära formationen i hjärnstammen modulerar uppvaknings- och sömn-vakenhetscykler; skador kan orsaka koma.

Eftersom hjärnstammen är tätt packad med kritiska banor och kärnor kan även små lesioner vara förödande. Samtidigt gör dess relativa enkelhet jämfört med cortex det till en region där vissa automatiska funktioner kan fortsätta även när högre medvetenhet förloras.

När hjärtat slår och lungorna expanderar utan medveten instruktion, utför hjärnstammen sitt kontinuerliga, diskreta arbete.