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
사람의 경우 대뇌는 진화적으로 오래된 부위를 감싸고 있다. 변연계, 후각계, 운동계는 대뇌에서 뇌줄기와 척수로 신경섬유를 뻗는다. 인지와 의지 기능은 대뇌에서 시작하여 시상과 중뇌의 특정 영역에 이르는 회로를 통하여 일어난다. 대뇌의 신경 네트워크는 사회적 상호작용, 생각, 판단, 학습, 작업 기억, 그리고 인간의 경우 발화와 언어를 포함하는 복잡한 기능을 가능하게 한다.