Tiểu não là "bộ não nhỏ" nằm gọn dưới thùy chẩm ở phía sau hộp sọ. Mặc dù kích thước khiêm tốn, nó chứa nhiều tế bào thần kinh hơn toàn bộ phần còn lại của não cộng lại, được sắp xếp theo một mạch thần kinh rất đều đặn.

Vai trò kinh điển của tiểu não là điều phối các chuyển động tự nguyện, duy trì tư thế và thăng bằng, và làm mượt các tín hiệu vận động. Tổn thương tiểu não gây ra chứng mất điều hòa vận động – dáng đi không vững, run chủ ý và khó khăn trong các chuyển động luân phiên nhanh – mà không gây liệt. Tiểu não cũng tham gia vào quá trình học vận động; nó giúp hệ thần kinh điều chỉnh các chuyển động dựa trên phản hồi lỗi. Bằng chứng gần đây hơn cho thấy nó cũng tham gia vào một số chức năng nhận thức và cảm xúc, mặc dù vai trò vận động vẫn là chủ yếu.

Thông tin cảm giác về vị trí của cơ thể và tiến trình của các chuyển động đang diễn ra được truyền đến tiểu não, nơi so sánh hành động dự định với kết quả thực tế và phát ra các tín hiệu điều chỉnh. Quá trình này phần lớn diễn ra một cách vô thức. Khi ngón tay của người chơi piano đặt chính xác lên các phím đàn hoặc người đi bộ lấy lại thăng bằng sau khi vấp ngã, tiểu não đã thực hiện quá trình hiệu chỉnh liên tục của nó.

Những chuyển động uyển chuyển, đúng thời điểm là đóng góp đặc trưng của tiểu não.