Das Kleinhirn liegt in der hinteren Schädelgrube und wird durch das Tentorium cerebelli vom Großhirn getrennt. Zwischen den beiden weitgehend symmetrischen Kleinhirnhemisphären befindet sich die Falx cerebelli. Das Cerebellum grenzt an die Medulla oblongata und den Pons und bildet das Dach des 4. Ventrikels. Die zwischen Cerebellum und Medulla oblongata gelegene Cisterna cerebellomedullaris ist klinisch von großer Bedeutung, da hier bei der Subokzipitalpunktion Liquor zu Diagnosezwecken entnommen wird.
Das Wirbeltier-Gehirn stellt nach heutigem Kenntnissstand einen vorläufigen Endpunkt in der Evolution der Nervensysteme dar, da es hochzentralisiert Sinneseindrücke verarbeitet und komplexe Verhaltensweisen koordiniert. Es ist somit der Hauptintegrationsort für alle überlebenswichtigen Informationen, die in einem Organismus verarbeitet werden.
Neben den Wirbeltieren besitzen beispielsweise auch Tintenfische hochkomplexe Gehirne, die sie zu gezielten Tätigkeiten befähigen. Im weiteren Sinne bezeichnet man daher auch die Zentralstelle des Nervensystems verschiedener wirbelloser Tiere, etwa der Ringelwürmer oder Insekten, als Gehirn. Je nach Gehirn-Typ spricht man hier von Cerebralganglion, Oberschlundganglion etc.
Das menschliche Gehirn ist (neben einfachen Nervensystemen einiger Würmer) das am besten untersuchte Gehirn im Tierreich.
