Substanța albă este situată la baza creierului, între cerebel și trunchiul cerebral. Este format din fibre nervoase lungi numite axoni. Axonii sunt izolați de mielină, învelișuri de grăsime care conferă regiunii culoarea albă pentru care este numită. Mielina ajută la accelerarea transmiterii semnalelor de-a lungul axonilor. Aceste semnale trimit informații senzoriale din corp către cortexul cerebral, ajutând la controlul funcțiilor autonome ale corpului. Funcțiile autonome sunt acele funcții ale corpului, cum ar fi respirația, clipirea și transpirația, care sunt efectuate fără ca creierul să se gândească în mod conștient la ele.
Parte a sistemului nervos central, substanța albă include talamusul și hipotalamusul care sunt situate în cerebel. Hipotalamusul este situat sub talamus. Ambele sunt rețele neuronale care au mai multe funcții, dar cea mai importantă par să fie că talamusul transmite mesaje către cortexul cerebral, iar hipotalamusul joacă un rol important în reglarea sistemului metabolic al organismului.
Substanța albă diferă de materia cenușie în mai multe aspecte importante. Deși substanța cenușie conține și axoni, aceștia nu sunt mielinizați. De asemenea, conține celule nervoase și dendrite, care se ramifică din celulele nervoase. Materia cenușie servește ca centre de procesare a mesajelor ale creierului și este responsabilă de gândirea conștientă a creierului. În timp ce substanța cenușie este situată în exteriorul creierului și în interiorul măduvei spinării, substanța albă urmează modelul opus. Este situat în interiorul creierului și în afara măduvei spinării.
La om, distribuția materiei albe și cenușii variază între sexe. Bărbații au creier mai mare în medie decât femeile, dar femeile au proporțional mai multă substanță cenușie, în timp ce bărbații au volume mai mari de substanță albă. Femeile au mai multă materie care conectează cele două emisfere ale creierului, dar bărbații au concentrații mai mari în fiecare emisferă. Aceste diferențe par să se coreleze cu tendințele bărbaților de a se descurca mai bine la sarcinile spațiale decât femeile. Femeile, în schimb, tind să depășească bărbații în ceea ce privește sarcinile verbale.
Îmbătrânirea afectează și substanța albă a creierului. Pe măsură ce creierul îmbătrânește, în aceste zone încep să apară leziuni, care încep să limiteze funcția cognitivă a creierului, probabil prin afectarea capacității creierului de a trimite și primi mesaje. Cu cât o persoană are mai multe leziuni, cu atât capacitatea sa cognitivă este mai afectată. Deși leziunile sunt o parte normală a îmbătrânirii, ele pot fi exacerbate de alte probleme de sănătate, în special de hipertensiune arterială.