小脳
小脳の傷害が運動障害を引き起こすことを最初に示したのは、18世紀の生理学者たちであった。その後19世紀初頭〜中盤にかけて、実験動物を用いた小脳切除・病変形成実験が行われ、小脳傷害が異常運動・異常歩様・筋力低下の原因となることが明らかにされた。これらの研究成果に基づき、小脳が運動制御に重要な役割を果たすという結論が導かれたのである。
脳機能局在論
次に細かい仮説としては、個々の神経細胞が異なる特定の機能を担っているとするものである。代表的なものとしておばあさん細胞（おばあちゃん細胞とも、GrandMother Cell）仮説がある。これはサルなどにさまざまな視覚図形を提示しながら脳の特定の細胞の活動を計測したところ、老女の顔のみに反応する細胞があったとする研究よりこの名がついた。この手の研究では同じような反応特性を持つ細胞を再び探り当てることができないので直接的追試はほぼ不可能である。実験方法への批判としては提示する図形の不備で真の反応特性が計測できていないことなど、理論的な批判としてはおばあさん細胞がたまたま死ぬとおばあさんを認識できなくなり脆弱でヒトの認識能力を実現するには脳細胞の総数が少なすぎるといった批判があり、研究者の多くが支持するような仮説となるには至っていない。現在はある程度の数の細胞集団に脳機能が局在しているとする考え方が比較的有力ではあるが、その集団の大きさなどについては統一見解はないといってよい。