Fizjologia wywodzi się z fizjologii, łacińskiego słowa oznaczającego „naukę przyrodniczą”. Poddziedzina biologii, fizjologia, zajmuje się badaniem żywych narządów, ich części i ich funkcji. Dlatego fizjologia mózgu to nauka o funkcjach i procesach związanych z mózgiem. Fizjologia mózgu obejmuje również badanie części składowych mózgu oraz jego ewentualnych problemów i dysfunkcji.
Zrozumienie fizjologii mózgu wymaga zrozumienia części mózgu. Główne części mózgu to mózg, móżdżek i pień mózgu. Mózg jest zarówno największym, jak i najbardziej rozwiniętym obszarem ludzkiego mózgu i ma dwie półkule, oznaczone jako prawą i lewą, i obejmuje cztery pary płatów: czołowy, ciemieniowy, skroniowy i potyliczny. Następnym co do wielkości obszarem jest móżdżek. Pień mózgu to połączenie między mózgiem a rdzeniem kręgowym.
Inne ważne elementy fizjologii mózgu to układ nerwowy i układ limbiczny. Centralny układ nerwowy (OUN), który jest największą częścią układu nerwowego, obejmuje rdzeń kręgowy i mózg. Nerwy obwodowe znajdujące się w rękach, nogach, narządach i mięśniach uzupełniają system. Układ limbiczny to zbiór połączonych ze sobą struktur mózgowych, które obejmują hipokamp i ciało migdałowate.
Badania fizjologii mózgu pokazują, że mózg człowieka odpowiada za wiele funkcji zachodzących w ludzkim ciele. Ośrodkowy układ nerwowy, który obejmuje mózg, można traktować jako miejsce zarządzania i przetwarzania całego układu nerwowego i ciała. Układ limbiczny, mieszczący się w pobliżu móżdżku, jest czasami nazywany „emocjonalnym układem nerwowym” i jest ściśle powiązany z naszymi nastrojami i uczuciami, wyższymi funkcjami umysłowymi i tworzeniem pamięci. Móżdżek pomaga w koordynacji wdzięcznych ruchów. W dużej mierze przyczynia się do utrzymania postawy i równowagi ciała. A także przyczynia się do uczenia się motoryki.
Płat czołowy mózgu jest miejscem kontroli motorycznej, uczenia się, planowania i niektórych elementów mowy. Płat ciemieniowy jest miejscem kontroli somatycznych funkcji czuciowych. W płacie potylicznym kontrola wzroku. W płatach skroniowych znajdują się elementy sterujące słyszeniem i innymi elementami mowy. Każda z dwóch półkul mózgu jest odpowiedzialna za kontrolowanie przeciwnej strony ciała, więc na przykład kontrola motoryczna prawej półkuli kontroluje aktywność motoryczną lewej strony ciała. Jedna z półkul jest dominująca, co w większości przypadków prowadzi do preferowania drugiej ręki, ale lewa półkula jest na ogół stroną kontrolującą mowę i język, bez względu na to, która półkula jest ogólnie dominująca.