По форме овоидный за счет выступающих лобных и затылочных полюсов. Верхнелатеральная поверхность выпуклая, испещрена бороздами, над которыми перекидывается, не заходя в них, паутинная оболочка головного мозга. По срединной линии проходит продольная щель, отделяющая правое и левое полушария большого мозга. Под затылочным полюсом видна поперечная щель большого мозга, ниже которой лежит мозжечок. Нижняя поверхность имеет более сложный рельеф, уплощена.
Продолжением спинного мозга в полости черепа является продолговатый мозг, в котором заложены, в частности, дыхательный и сосудодвигательный центры. Связывающим звеном между выше- и нижележащими отделами головного мозга и мозжечком служит мост, расположенный выше продолговатого мозга. Кзади от двух названных отделов лежит важнейший подкорковый центр координации движений - мозжечок. От переднего края моста вперед и в стороны полушарий мозга расходятся ножки мозга, которые ограничивают межножковую ямку. Кпереди от ямки находятся шаровидные возвышения - сосцевидные тела, имеющие отношение к анализатору обоняния.
Эти образования расположены кзади от так называемого серого бугра, к которому воронкой фиксирован гипофиз (нижний мозговой придаток), являющийся нейроэндокринным органом. Остальные образования, расположенные на нижней поверхности головного мозга, относятся к периферической нервной системе - это 12 пар черепных нервов.
На сагиттальном разрезе наряду с элементами мозговой ткани видны полости головного мозга. Последние представляют собой остатки мозговых пузырей, которые закладываются в эмбриональном периоде. Учитывая эмбриогенез мозга, в нем выделяют 5 отделов: продолговатый мозг, задний мозг (мост и мозжечок) с общей для продолговатого и заднего мозга полостью, называемой IV желудочком; средний мозг с полостью - водопроводам мозга, ниже которого находятся ножки мозга, а выше видны парные бугорки, формирующие четверохолмие. Следующим отделом является промежуточный мозг с полостью -желудочком. В этот отдел входят нейроэндокринные органы (гипофиз и расположенное между верхними холмиками шишко-видное тело), таламус и ряд других структур. Последний отдел - конечный мозг, из образований которого видны полушария большого мозга и мозолистое тело - спайка этих полушарий. В толще последних скрыты боковые желудочки.
Масса мозга взрослого в среднем равна у мужчин 1375 г, у женщин 1245 г, у новорожденного составляет 330-340 г. В эмбриональном периоде и в первые годы жизни головной мозг интенсивно растет, но только к 20 годам достигает окончательной величины.