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
대뇌는 뇌에게 가장 큰 부분이다. 뇌줄기의 꼭대기나 앞에 있으며 사람에게는 뇌에서 가장 크고 발달한 부분이다. 대뇌는 계통학적으로 가장 나중에 발달한 구조로 포유류가 다른 종에 비하여 가장 크고 잘 발달한 대뇌를 갖는다. 포유류에게만 대뇌 피질이 있다. 큰 포유류의 경우에 대뇌 피질은 많은 이랑과 고랑으로 이루어져 있어 부피 대비 표면적을 늘렸다.