Середній мозок складається з ніжок великого мозку і чотиригорбикового тіла. Порожнина середнього мозку представлена вузьким каналом - сільвієвим водопроводом, що з'єднує порожнини 4-го і 3-го мозкових шлуночків. Через середній мозок проходять всі висхідні шляхи до кори великого мозку і мозочка та низхідні, які несуть імпульси до довгастого і спинного мозку.
У середньому мозку розташовані скупчення сірої речовини у вигляді ядер чотиригорбикового тіла, ядер окорухового і блокового нервів, червоне ядро і чорна речовина. Передні бугри чотиригорбикового тіла є первинними зоровими центрами, а задні бугри - первинними слуховими центрами. За їх участю здійснюються рефлекси на світло і звук, рухи очей, поворот голови.
Середній мозок виконує також складні рефлекторні функції (синхронні рухи очей, голови, тулуба у відповідь на звукові сигнали й світлові подразнення) і бере участь в автоматизації рухів.
Чорна речовина складається з нервових клітин, тіла яких містять чорний пігмент. Вона зв'язана з координуванням складних актів ковтання і жування, регуляцією рухів пальців рук.
Руйнування чорної речовини викликає значне зниження вмісту дофаміну у хвостатому ядрі і є причиною порушень співдружних рухів під час жування і ковтання, роботи мімічної мускулатури і появи мимовільних м'язових рухів (тремору).
Червоне ядро безпосередньо стосується регулювання м'язового тонусу. Від нього починаються низхідні червоноядерноспинномозкові шляхи. Крім того, червоне ядро одержує волокна від мозочка й має двосторонній зв'язок з корою та підкірковими ядрами великого мозку, з сітчастим утвором, руховим ядром окорухового, блокового нервів. Тут міститься середньомозкове ядро трійчастого нерва. Якщо перерізати стовбур мозку позаду від червоного ядра, то відбудеться скорочення всіх м'язів і особливо розгиначів, внаслідок чого кінцівки тварин стануть сильно витягнутими, а голова відкинута назад. Тонус м'язів зовсім не підвищується, якщо стовбур перерізати перед червоним ядром. Якщо прямо подразнювати червоні ядра, то в рухових нейронах, які іннервують м'язи-згиначі, виникають збуджуючі постсинаптичні потенціали, а в нейронах м'язів-розгиначів - гальмівні постсинаптичні потенціали.
Середній мозок забезпечує регуляцію ряду вегетативних функцій організму (жування, ковтання, тиск крові, дихання). На рівні середнього мозку реалізуються статичні і статокінетичні рефлекси.
