뇌
척추동물의 두뇌 진화는 대뇌를 포함한 전뇌의 부피증가가 특징적이다. 원시어류의 경우 척추 앞부분에 약간 부풀어오르는 돌기모양의 뇌를 갖는다. 그보다 조금 더 발달한 어류는 원시어류에 비해 약간 큰 1~2g 정도의 돌기를 갖게 되었다. 이 돌기가 고등 동물의 후뇌, 뇌간, 중뇌에 해당된다.
대뇌
대뇌의 표면에는 많은 주름이 있는데 다른 부분보다 돌출된 부분을 이랑()이라 하고 주름져 안으로 들어간 부분을 고랑()이라 한다. 대뇌는 이랑과 고랑의 모양에 따라 이마엽, 관자엽, 마루엽, 뒤통수엽 등으로 나뉘며 각각의 부위에 따라 수행하는 기능이 다르다.대뇌의 좌우 반구()는 뇌들보에 의해 서로 연결되어 있지만, 대뇌반구 각각의 엽들의 가운데 표면과 아랫쪽 표면은 명확히 구분되어있지 않다.회백질의 층으로 덮여있으며 대뇌반구의 내부는 측뇌실, 기저핵, 신경다발 (백질)로 구성된다.대뇌의 깊은 안쪽 부분에는 시상, 시상하부, 기저핵, 해마, 후각 망울이 위치해 있으며 이 구조물들은 대뇌의 하부구조를 구성한다.대뇌는 신체 운동 중 의식적이고 의지적인 운동을 담당한다. 일차 운동 피질과 기타 전두엽 운동 영역 운동에 대한 계획이 수립된다. 일차 운동 피질에 있는 상위 운동 뉴런은 축삭을 뇌줄기와 척수로 보내 하위 운동 뉴런과 시냅스를 형성하고, 하위 운동 뉴런은 근육에 자극을 준다. 대뇌 피질의 운동 영역이 손상되면 전체적으로 마비되기보다는 근력이 감소하고 운동의 정확성이 떨어진다.