Η φυσιολογία προέρχεται από τη φυσιολογία, μια λατινική λέξη που σημαίνει «φυσική επιστήμη». Ένα υποπεδίο της βιολογίας, η φυσιολογία είναι η μελέτη των ζωντανών οργάνων, των τμημάτων τους και των λειτουργιών τους. Ως εκ τούτου, η φυσιολογία του εγκεφάλου είναι η μελέτη των λειτουργιών και των διαδικασιών που αφορούν τον εγκέφαλο. Η φυσιολογία του εγκεφάλου περιλαμβάνει επίσης τη μελέτη των συστατικών τμημάτων του εγκεφάλου και τα πιθανά προβλήματα και δυσλειτουργίες του.
Η κατανόηση της φυσιολογίας του εγκεφάλου απαιτεί την κατανόηση των τμημάτων του εγκεφάλου. Τα κύρια μέρη του εγκεφάλου είναι ο εγκέφαλος, η παρεγκεφαλίδα και το στέλεχος του εγκεφάλου. Ο εγκέφαλος είναι και η μεγαλύτερη και πιο ανεπτυγμένη περιοχή του ανθρώπινου εγκεφάλου και έχει δύο ημισφαίρια, που υποδεικνύονται δεξιά και αριστερά, και περιλαμβάνει τέσσερα ζεύγη λοβών: μετωπικός, βρεγματικός, κροταφικός και ινιακός. Η παρεγκεφαλίδα είναι η επόμενη μεγαλύτερη περιοχή. Το στέλεχος του εγκεφάλου είναι η σύνδεση μεταξύ του εγκεφάλου και του νωτιαίου μυελού.
Άλλα σημαντικά στοιχεία της φυσιολογίας του εγκεφάλου είναι το νευρικό σύστημα και το μεταιχμιακό σύστημα. Το κεντρικό νευρικό σύστημα (ΚΝΣ), το οποίο είναι το μεγαλύτερο μέρος του νευρικού συστήματος, περιλαμβάνει τον νωτιαίο μυελό και τον εγκέφαλο. Τα περιφερειακά νεύρα που βρίσκονται στα χέρια, τα πόδια, τα όργανα και τους μύες ολοκληρώνουν το σύστημα. Το μεταιχμιακό σύστημα είναι συλλογή διασυνδεδεμένων δομών του εγκεφάλου που περιλαμβάνουν τον ιππόκαμπο και την αμυγδαλή.
Η μελέτη της φυσιολογίας του εγκεφάλου δείχνει ότι ο ανθρώπινος εγκέφαλος είναι υπεύθυνος για αρκετές λειτουργίες που πραγματοποιούνται στο ανθρώπινο σώμα. Το κεντρικό νευρικό σύστημα, που περιλαμβάνει τον εγκέφαλο, μπορεί να θεωρηθεί ως τόπος διακυβέρνησης και επεξεργασίας για ολόκληρο το νευρικό σύστημα και το σώμα. Το μεταιχμιακό σύστημα, που βρίσκεται κοντά στην παρεγκεφαλίδα, μερικές φορές ονομάζεται «συναισθηματικό νευρικό σύστημα» και συνδέεται στενά με τις διαθέσεις και τα συναισθήματά μας, τις ανώτερες πνευματικές λειτουργίες και το σχηματισμό μνήμης. Η παρεγκεφαλίδα βοηθά στο συντονισμό της χαριτωμένης κίνησης. Συμβάλλει σε μεγάλο βαθμό στη στάση και την ισορροπία του σώματος. Και επίσης, συμβάλλει στην κινητική μάθηση.
Ο μετωπιαίος λοβός του εγκεφάλου είναι ο τόπος του κινητικού ελέγχου, της μάθησης, του προγραμματισμού και ορισμένων στοιχείων του λόγου. Ο βρεγματικός λοβός είναι ο χώρος ελέγχου των σωματικών αισθητηριακών λειτουργιών. Στον ινιακό λοβό, η όραση ελέγχεται. Και οι κροταφικοί λοβοί στεγάζουν τους ελέγχους για την ακοή και άλλα στοιχεία του λόγου. Τα δύο ημισφαίρια του εγκεφάλου είναι το καθένα υπεύθυνο για τον έλεγχο της αντίθετης πλευράς του σώματος, οπότε ο κινητικός έλεγχος του δεξιού ημισφαιρίου, για παράδειγμα, ελέγχει την κινητική δραστηριότητα της αριστερής πλευράς του σώματος. Ένα από τα ημισφαίρια είναι κυρίαρχο, οδηγώντας σε προτίμηση για το αντίθετο χέρι στις περισσότερες περιπτώσεις, αλλά το αριστερό ημισφαίριο είναι γενικά η ελεγκτική πλευρά για την ομιλία και τη γλώσσα, ανεξάρτητα από το ημισφαίριο που κυριαρχεί γενικά.