ЦНС состоит из головного и спинного мозга. Так как эти органы жизненно важны и чувствительны, они надежно защищены от повреждения. Во-первых, череп и позвоночник окружают соответственно головной и спинной мозг прочной костной тканью. Во-вторых, мозг покрыт плотной внешней оболочкой, состоящей из трех слоев. Эти слои защищают и помогают питать нервную ткань (нейроны) головного и спинного мозга. В-третьих, прозрачная жидкость, называемая цереброспинальной или спинномозговой (СМЖ), циркулирует вокруг и внутри головного и спинного мозга, создавая жидкую прокладку, которая поддерживает эти органы и смягчает удары.

СМЖ образуется в полостях мозга, называемых желудочками. Желудочки выстланы кровеносными сосудами; жидкость и другие элементы крови фильтруются в желудочки, образуя СМЖ. Возникнув в желудочках, СМЖ циркулирует до тех пор, пока снова не впитывается в кровь.

Четыре крупные артерии «питают» нервные клетки мозга. У основания головного мозга они соединяются в круг. По разным частям мозга кровь распределяется через ответвляющиеся мелкие артерии. Эта система, известная как виллизиев круг (артериальный круг большого мозга), представляет собой еще один защитный механизм: если один из четырех главных сосудов будет блокирован, распределение крови будет продолжаться по ветвящимся артериям, тем самым уменьшая число поврежденных и разрушенных нейронов.

Выстилка кровеносных сосудов, проходящих через мозг, способна поглощать бактерии и химические токсины,предотвращая их проникновение в СМЖ и в ткани мозга. Эта функция известна как гематоэнцефалический барьер и чрезвычайно важна для защиты нервной системы.

Головной мозг состоит из отделов; каждый отдел отвечает за очень специфическую функцию. Три главные части головного мозга — передний мозг (большие полушария), мозжечок и ствол мозга.