Метаталамус утворений парними медіальними і латеральними колінчастими тілами. Медіальні тіла разом з нижніми горбками середнього мозку є первинним центром слухового аналізатора. Латеральні тіла разом з верхніми горбками середнього мозку утворюють первиннй центр зорового аналізатора.
Гіпоталамус розташований спереду від ніжок мозку утворюючи стінки 3-го шлуночка. До нього належать зоровий перехрест, зоровий тракт, сірий горб, лійка, нейрогіпофіз, сосцеподібні тіла, власне підталамічна ділянка. В гіпоталамусі розташовані центри вегетативної нервової системи, регуляції ендокринних залоз. В гіпоталамусі є звийчайні нейроцити і нейросекреторні клітини. Гіпоталамус с гіпофізом утворюють єдиний функціональний компекс, у якому гіпоталамус виконує регуляторну функцію, а гіпофіз - ефекторну.
В гіпоітламусі налічується більше 30 пар ядер. Великі нейросекреторні клітини супраоптичного та паравентрикулярного ядер переднього гіпоталамуса виробляє нейросекрети пептидної природи (вазопресин і окситоцин), які потрапляють в організм через гіпофіз. Дрібні нейрони ядер медіального гіпоталамуса виробляють рилізинг-фактори (або ліберини) та статини, які через власні гормони (тропні) аденогіпофіза впливають на діяльність організму.
Середній мозок (mesencephalon) включає ніжки мозку і дах. Ніжки мозку - це білі круглясті (досить товсті) тяжі, які виходять із мосту і прямують вперед до півкуль головного мозку. Між ніжками внизу розташована міжніжкова ямка, на дні якої видно задню дирчасту речовину. Із борозни на медіальній поверхні кожної ніжки виходить окоруховий нерв (3-я пара черепних нервів). Кожна ніжка має основу і покришку, між якими розташована чорна субстанція (частина екстрапірамідної системи, яка приймає участь у підтриманні м'язового тонусу і автоматично регулює роботу м'язів). Основа ніжки утворена провідними шляхами, що зв'язують відділи головного і спинного мозку. У покришці крім висхідних волокон до таламусу розташовані ядра. Найбільшим серед них є червоне ядро, від якого розпочинається руховий червоноядерно-спинномозковий тракт (шлях). Тут розташована ретикулярна формація та проміжне ядро
Дах середнього мозку - це чотиригорбикове тіло: його передні горбки (разом з медіальними ядрами колінчастих тіл проміжного мозку) утворюють підкорковий центр зору, задні (з латеральними ядрами) - слуху. В заглибленні передніх горбків розташований епіфіз (шишкоподібне тіло). Чотиригорбкове тіло - це рефлекторний центр різного типу рухів, які виникають під впливом зорових і слухових подразнень.
Навколо водогону середнього мозку (Сільвієвого) розташована центральна сіра речовина, в якій розташована ретикулярна формація, ядра 3-ї і 4-ї пар черепних нервів, а також парне серединне додаткове вегетативне ядро (Якубовича), непарне серединне ядро і ядро середньомозкового шляху трійничного нерва.
Міст (Вароліїв міст) (pons) є лише у ссавців і має вигляд розташованого впоперек потовщеного валика, від латерального боку якого відходять середні ніжки мозочка. Задня поверхня мосту вкрита мозочком і формує частину стінки ромбоподібної ямки. Передня (прилягає до основи черепа) межує з довгастим мозком внизу і ніжками мозку вгорі. На ній помітні лінії, які пов'язані з ходом нервових волокон, що ідуть від власних ядер мосту в середні мозочкові ніжки. На передній поверхні мосту по середній лінії поздовжно розташована базилярна борозна - тут проходить одноіменна артерія мозку. На фронтальному перерізі у мості виділяють передню (базилярну) і задню (покришку) частини.
Базилярна частина мосту складається із багатьох нервових волокон, які утворюють провідні шляхи (зв'язують кору мозку із спинним мозком і корою мозочка), і власних ядер між ними. В задній частині мосту (покришці) проходять висхідні провідні шляхи і частково нисхідні, є ретикулярна формація, ядра 5, 6, 7, 8 пар черепних нервів. На межі між обома частинами мосту лежить трапецієподібне тіло - утвір ядер і волокон провідного шляху слухового апаналізатора.
Мозочок (cerebellum) відіграє основне значення у підтриманні рівноваги тіла і координації рухів.
У мозочка є дві півкулі і черв'як (філогенетично стара частина). Розміри півкуль мозочка корелюють з розмірами півкуль великого мозку і мосту.
Поверхню півкуль і черв'яка розділяють поперечні паралельні борозни, між якими розташовані вузькі довгі листки мозочку. Завдяки цьому його поверхня у дорослої людини складає в середньому 850 см2. У мозочку розрізняють передню, задню і клаптиково-вузликову частки, які відділені між собою більш глибокими щілинами. Вони утворені часточками мозочку. Борозни мозочку суцільні і переходять з черв'яка на півкулі, тому кожна частка черв'яка пов'язана з правою і лівою частками півкуль.
Клаптики (flocculi) - цей найбільш ізольовані і філогенетично старі частки півкуль, які прилягають з кожного боку до вентральної поверхні середньої мозочкової ніжки і пов'язані з вузликом черв'яка ніжкою клаптика, яка пере- ходить у нижній мозковий парус.
Мозочок складається із сірої та білої речовини. Біла речовина (мозочкове тіло), проникаючи між сірою, ніби галузиться, утворюючи білі смужки. На поперечному перерізі це нагадує фігуру гіллястого дерева - звідси “дерево життя” мозочка.
Кора мозочка складається із сірої речовини товщиною 1-2,5 мм. В товщі білої речовини є вкраплення сірої речовини - ядра: зубчасте (найбільше), пробкоподібне, кулясте і ядра покриття (намету).
В корі розрізняють 3 шари: зовнішній - молекулярний, середній - шар грушеподібних нейронів (гангліонарний) і внутрішній - зернистий. В молекулярному і зернистому шарах залягають в основному дрібні нейрони. Великі грушеподібні нейроцити (клітини Пуркін'є) розмірами до 40 мкм, розташовані одним рядом в середньому шарі, - це еферентні нейроцитів кори мозочка. Їх аксони утворюють початкову ланку еферентних шляхів. Вони ідуть до нейроцитів ядер мозочка, а дендрити розташовуються в поверхневому молекулярному шарі. Решта нейроцитів кори мозочка є вставними, асоціативними, які передають нервові імпульси грушеподібним нейронам. Отже всі імпульси, що ідуть до мозочка, досягають грушеподібних нейроцити. Формування мозочка завершується до 6 років життя.
Мозочок має 3 пари ніжок які його сполучають з середнім мозком (передні), мостом (середні) і довгастим (задні) мозком.
Довгастий мозок (medulla oblongata) є безпосереднім продовженням спинного мозку. Нижня його межа є місце виходу корінців 1-го шийного спинно-мозкового нерва або перехрест пірамід, верхня - задній край мосту, довжина близько 25 мм, форма близька до зрізаного конусу зверненого основу догори. Передня поверхня розділена передньою серединною щілиною, з боків якої розташовані піраміди (пучки нервових волокон пірамідних провідних шляхів, які частково перехрещуються <перехрест пірамід> в глибині описаної щілини на межі із спинним мозком). Волокна пірамідних шляхів сполучають кору переднього мозку з ядрами черепних нервів і передніми рогами спинного мозку. По боках пірамід розташовані оливи, які відділені від них передньою латеральною борозною.