脑干将脊髓连接到大脑高级思维的中心。脑干由延髓、脑桥和中脑三个结构构成。延髓是脊髓的延伸，并和上方的脑桥相连。延髓和脑桥还被认为是后脑的一部分。中脑将脑桥和间脑连接到前脑。除传递感觉和运动信号外，脑干的结构还引导非自主功能。脑桥协助控制呼吸节奏。延髓负责呼吸、消化和循环，以及吞咽、咳嗽和打喷嚏一类的反射。中脑有助于运动控制、视觉和听觉，以及与视听相关的反射。

间脑是前脑的一个区域，同时连接到中脑（脑干的一部分）和大脑。丘脑构成了大部分的间脑。它由两个对称的卵形实质组成，具有通过大脑皮层向外辐射的神经元。感觉数据从脑干涌入丘脑，还有来自脑部不同区域的情感、内脏和其他信息。丘脑将这些信息传递到大脑皮层的适当区域。它确定了哪些信号需要意识感知，哪些应用作学习和记忆。

下丘脑是间脑的一部分，这是前脑的一个连接到中脑和大脑的区域。下丘脑帮助处理嗅觉、味觉和视觉的感觉脉冲。它管理着疼痛和愉悦、攻击性和娱乐性等情感。下丘脑也是我们内脏的控制中心，调节维持机体日常的内分泌系统和内部功能。它将神经信号转化为激活和抑制激素并送往垂体。这些激素能激活或抑制垂体激素的释放，这些垂体激素专门针对身体的特定腺体和组织。同时，下丘脑还管理负责无意识内部功能的自主神经系统。它发出睡眠周期和其他昼夜节律信号，调节摄食并监控和调整身体的化学成分及温度。