Η λευκή ουσία βρίσκεται στη βάση του εγκεφάλου μεταξύ της παρεγκεφαλίδας και του εγκεφαλικού στελέχους. Είναι φτιαγμένο από μακριές νευρικές ίνες που ονομάζονται νευράξονες. Οι νευράξονες είναι μονωμένοι από μυελίνη, θήκες λίπους που δίνουν στην περιοχή το λευκό χρώμα για το οποίο ονομάστηκε. Η μυελίνη βοηθά στην επιτάχυνση της μετάδοσης σημάτων κατά μήκος των νευραξόνων. Αυτά τα σήματα στέλνουν αισθητηριακές πληροφορίες από το σώμα στον εγκεφαλικό φλοιό, βοηθώντας στον έλεγχο των αυτόνομων λειτουργιών του σώματος. Οι αυτόνομες λειτουργίες είναι εκείνες οι σωματικές λειτουργίες όπως η αναπνοή, το βλεφάρισμα και η εφίδρωση που εκτελούνται χωρίς ο εγκέφαλος να τις σκέφτεται συνειδητά.
Μέρος του κεντρικού νευρικού συστήματος, η λευκή ουσία περιλαμβάνει τον θάλαμο και τον υποθάλαμο που βρίσκονται στην παρεγκεφαλίδα. Ο υποθάλαμος βρίσκεται κάτω από τον θάλαμο. Και τα δύο είναι νευρωνικά δίκτυα που έχουν διάφορες λειτουργίες, αλλά η πιο σημαντική φαίνεται ότι είναι ότι ο θάλαμος μεταδίδει μηνύματα στον εγκεφαλικό φλοιό και ο υποθάλαμος παίζει μεγάλο ρόλο στη ρύθμιση του μεταβολικού συστήματος του σώματος.
Η λευκή ουσία διαφέρει από την φαιά ουσία σε πολλές σημαντικές πτυχές. Αν και η φαιά ουσία περιέχει επίσης νευράξονες, δεν είναι μυελινισμένοι. Περιέχει επίσης νευρικά κύτταρα και δενδρίτες, που διακλαδίζονται από τα νευρικά κύτταρα. Η γκρίζα ύλη χρησιμεύει ως κέντρα επεξεργασίας μηνυμάτων στον εγκέφαλο και είναι υπεύθυνη για τη συνειδητή σκέψη του εγκεφάλου. Ενώ η φαιά ουσία βρίσκεται στο εξωτερικό του εγκεφάλου και στο εσωτερικό του νωτιαίου μυελού, η λευκή ύλη ακολουθεί το αντίθετο μοτίβο. Βρίσκεται μέσα στον εγκέφαλο και έξω από το νωτιαίο μυελό.
Στους ανθρώπους, η κατανομή της λευκής και της γκρίζας ύλης ποικίλλει μεταξύ των δύο φύλων. Οι άνδρες έχουν μεγαλύτερο εγκέφαλο κατά μέσο όρο από τις γυναίκες, αλλά οι γυναίκες έχουν αναλογικά περισσότερη γκρίζα ύλη, ενώ οι άνδρες έχουν υψηλότερο όγκο λευκής ουσίας. Οι γυναίκες έχουν περισσότερο από την ύλη που συνδέει τα δύο ημισφαίρια του εγκεφάλου, αλλά οι άνδρες έχουν υψηλότερες συγκεντρώσεις σε κάθε ημισφαίριο. Αυτές οι διαφορές φαίνεται να συσχετίζονται με τις τάσεις των ανδρών να κάνουν καλύτερα σε χωρικά καθήκοντα από τις γυναίκες. Οι γυναίκες, αντίθετα, τείνουν να ξεπερνούν τους άνδρες σε λεκτικές εργασίες.
Η γήρανση επηρεάζει επίσης τη λευκή ύλη του εγκεφάλου. Καθώς ο εγκέφαλος γερνάει, οι βλάβες αρχίζουν να εμφανίζονται σε αυτές τις περιοχές, οι οποίες αρχίζουν να περιορίζουν τη γνωστική λειτουργία του εγκεφάλου, πιθανώς μειώνοντας την ικανότητα του εγκεφάλου να στέλνει και να λαμβάνει μηνύματα. Όσο περισσότερες βλάβες έχει ένα άτομο, τόσο περισσότερο διαταράσσεται η γνωστική του ικανότητα. Ενώ οι βλάβες είναι ένα φυσιολογικό μέρος της γήρανσης, μπορούν να επιδεινωθούν από άλλα προβλήματα υγείας, ιδίως την υψηλή αρτηριακή πίεση.