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
척추동물 대부분은 대뇌의 상당 부분을 냄새 감각을 담당하는 후각 망울이 차지하고, 그와 달리 사람은 전두엽 아래에 일부만을 차지한다. 다른 감각 수용체는 시상을 거쳐 각 감각 피질로 감각 정보를 보내지만, 후각 망울은 직접 축삭을 후각 피질로 보낸다. 후각 망울이 손상되면 냄새를 맡는 감각을 잃는다.