大脑是颅骨前部区域的最前部分，由左右两个半球组成，并由裂隙分开并由胼胝体相连。大脑通过整合复杂的感官和神经功能来启动和协调人体内部的自主活动。皮质是大脑的外层，由折叠的灰质组成，在意识中发挥至关重要的作用。
大脑的两个半球分为四个叶：额叶、顶叶、颞叶和枕叶。我们对大脑皮层特定功能的理解基于定位和侧化理论。定位是指大脑的特定区域与特定的身体和心理功能相关联/负责的理论。偏侧化理论认为一个半球比另一个半球占优势/负责特定的生理和心理功能。
额叶负责高级大脑功能，例如决策、推理、计划、智力、注意力、记忆力、行为和情绪意识。它还负责形成联想和想法。顶叶与方向、运动、感觉、触觉、语言、计算以及某些类型的识别和记忆有关。颞叶负责听觉、学习和感觉。枕叶则包含视觉皮层，负责处理来自眼睛的信息。
胼胝体是连接大脑的两个半球的白质神经纤维带。大脑下方的结构也对大脑功能至关重要。
中脑由丘脑、基底神经节、下丘脑和海马体组成。丘脑负责将所有传入的感觉信息传送到大脑灰质的正确部位。基底神经节是一组参与协调运动的神经元。下丘脑控制体温调节中心，并规定了紧急响应和非紧急重要过程。海马体负责记忆的形成、储存和组织，并形成长期记忆。杏仁核重新调节行为。脑干由小脑和延髓组成，负责调节我们无意识控制的身体过程和平衡。
大脑中有两种主要的神经递质：谷氨酸和GABA。它们对于当皮层的神经元接收平衡的兴奋性和抑制性输入时，形成和存储联想记忆，对于学习后的回忆也至关重要。如果兴奋-抑制平衡受到干扰，谷氨酸：GABA的比例就会改变，从而导致记忆干扰和随后行为记忆准确性的下降。
