大腦皮層通過縱裂分為兩個半球，每個半球包含六個獨立的腦葉：額葉、頂葉、顳葉、枕葉、島葉和邊緣葉。 額葉、顳葉、頂葉和枕葉覆蓋大腦表面; 島葉隱藏於外側裂下方; 邊緣葉（邊緣系統）呈C形分佈於大腦半球最內側邊緣，包含相鄰腦葉的部分區域。
儘管特定功能歸屬於各腦葉，但多數活動需雙側半球多區域協同完成。 例如，視覺處理雖以枕葉為核心，但雙側頂葉、顳葉和額葉也參與複雜視覺刺激處理。 大腦功能存在廣泛側化現象：身體左側的視覺、觸覺和運動活動主要由右半球支配，反之亦然。 某些複雜功能雖涉及雙側半球，但由單側主導（大腦優勢半球），如左半球通常主導語言功能，右半球主導空間注意力。
大腦皮層包含初級感覺區、初級運動皮層及多個聯合區（包括單模態和異模態聯合區）。
初級感覺區接收丘腦傳入的軀體感覺、聽覺、視覺和味覺刺激（丘腦整合自特殊感覺器官和外周感受器的資訊）; 嗅覺通路則繞過丘腦直接投射至皮層特定區域。 感覺刺激在關聯區進一步處理，這些區域與一種或多種感覺相關。
初級運動皮層產生自主軀體運動; 運動聯合區協助規劃和執行複雜運動活動。 每個
單模態聯合區緊鄰對應初級感覺區，對初級感覺區傳入的信息進行更高級處理。
異模態聯合區不局限於單一運動或感覺功能，而是接收來自大腦多個感覺和運動區域的彙聚資訊。 額葉、顳葉和頂葉的異模態聯合區整合感覺數據、運動反饋及其他資訊，與本能和後天記憶結合，促進學習並形成思維、表達及行為。
額葉
額葉位於中央溝前方，對規劃和執行習得性、有目的行為至關重要，也是多種抑制功能的所在地。 其功能分區包括：
- 初級運動皮層：位於中央前回最尾部，單側皮層控制對側身體各運動部位（空間映射稱為小人圖）; 90%的運動纖維在腦幹下部和頸髓上段交叉中線。 因此，單側運動皮層損傷主要導致對側身體無力或癱瘓。
- 內側額葉皮層（或稱內側前額葉區）：影響覺醒和動機。 若病灶較大並延伸至皮層最前部（額極），患者可能出現意志缺乏症（淡漠、注意力不集中、反應顯著遲緩）。
- 眶額皮層（或稱眶前額葉區）：調節社會行為。 眶額皮層損傷患者可能情緒不穩定、忽視行為後果或兩者兼有，表現為欣快、輕浮、粗俗或對社交細節漠不關心。 該區域雙側急性創傷可導致患者喧鬧健談、坐立不安及社交侵擾。 衰老及多種失智症中常見的抑制缺失和異常行為，可能源於額葉（尤其是眶額皮層）退化。
- 左側後下額葉皮層（或稱布羅卡區）：控制語言表達功能。 該區域病變導致表達性失語症（語言表達障礙）。
- 背外側額葉皮層（或稱背外側前額葉區）：處理近期獲取的資訊（工作記憶功能）。 該區域病變可損害即時保留和處理資訊的能力（如倒拼單詞或交替輸出字母與數位）。
小人圖：皮層特定區域控制身體對側特定運動和感覺功能。 皮層分配給身體部位的空間比例各異，例如控制手的皮層區域大於控制肩部的區域。 這些部位的映射圖稱為小人圖（"小人"）。
頂葉
頂葉多個區域具有特定功能：
- 初級軀體感覺皮層：位於前頂葉后羅蘭迪克區（中央後回），整合軀體感覺刺激以識別和回憶形態、質地和重量。 單側皮層接收身體對側所有軀體感覺輸入。 前頂葉損傷可導致觸覺識別物體困難（實體覺缺失）。
- 中央後回后外側區域：生成視覺-空間關係，並將這些感知與其他感覺整合以感知運動物體的軌跡，同時介導本體感覺（對身體部位空間位置的感知）。
- 優勢半球中頂葉部分：涉及計算、書寫、左右定向和手指識別能力。 角回病變可導致書寫、計算障礙、左右定向障礙及手指命名困難（格斯特曼綜合征）。
- 非優勢頂葉：將身體對側與環境整合，使人體感知該環境空間，對繪圖等能力至關重要。 非優勢頂葉急性損傷可導致對側（通常為左側）忽視，表現為對該身體部位、環境及其相關損傷的感知降低（病感失認）。 例如，大型右頂葉病變患者可能否認左側癱瘓的存在; 較小病變患者可能喪失執行習得性運動任務的能力（如穿衣），稱為失用症（空間-手動功能障礙）。
顳葉
顳葉對聽覺感知、語言接收成分、視覺記憶、陳述性（事實性）記憶和情緒至關重要。 右側顳葉病變患者常喪失解讀非語言聽覺刺激（如音樂）的能力; 左側顳葉病變則嚴重干擾語言識別、記憶和形成。
枕葉
枕葉包含初級視覺皮層和視覺聯合區。 初級視覺皮層病變導致皮質盲; 其中一種稱為安東綜合征，患者無法通過視覺識別物體且通常意識不到自身缺陷，常虛構所見描述。
涉及枕葉的癲癇發作可引發視覺幻覺，通常表現為對側視野中疊加的彩色線條或網格。
島葉
島葉整合來自內臟的感覺和自主神經資訊，在語言功能中起一定
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速效型助勃壯陽藥 (https://xostrong.com/product-category/1)作用（部分島葉病變患者出現失語症可證實）。 該區域處理痛覺、溫度覺及可能的味覺。
邊緣葉
邊緣葉（邊緣系統）包含接收大腦多區域輸入的結構，參與複雜且相互關聯的行為（如記憶、學習、情緒）。 影響邊緣系統的病變通常導致多種功能障礙。
顳葉內側邊緣-情緒區域存在致癇灶的患者常出現複雜部分性發作，特徵為無法控制的情緒及自主神經、認知或情緒功能障礙。 偶有患者出現人格改變，表現為缺乏幽默感、哲理性宗教狂熱及強迫傾向，可能伴有嗅覺幻覺和書寫亢進（難以抑制的書寫衝動）。
大腦功能障礙的病理生理學
大腦功能障礙可為局灶性或瀰漫性。 局灶性和瀰漫性病變可表現為功能缺損或成為癲癇活動病灶，亦可能影響皮層下系統，改變覺醒狀態（如導致嗜睡或昏迷）或思維整合（如引發讛妄）。
局灶性功能障礙通常由結構異常引起（如腫瘤、膿腫、卒中、創傷、畸形、膠質增生、脫髓鞘）。 表現取決於病變位置、大小及發展速度。 小病變（<2釐米）或緩慢發展病變（數年而非數周/月）可能無癥狀; 較大、快速進展或雙側同時受累的病變更易出現癥狀。 白質局灶病變可中斷腦區間連接，導致失連接綜合征（儘管各腦區基礎功能保留，但無法完成需≥2腦區協調的任務）。
瀰漫性功能障礙由以下原因引起：中毒-代謝紊亂（含缺氧和缺血，最常見）、瀰漫性炎症、血管病變、重大創傷、播散性癌症、退行性疾病。 若特定腦區病變（如膿腫、腫瘤、創傷）導致顱內壓升高或腦疝，亦可引發瀰漫性功能障礙。 這些疾病影響大腦功能的多個維度。
恢復機制
腦損傷恢復部分依賴於大腦以下特性：
- 可塑性：指腦區改變功能的能力，因人而異且受年齡與整體健康影響。 發育中大腦的可塑性最顯著——例如，8歲前若優勢半球語言區嚴重受損，對側半球常可接管近正常語言功能。 雖青少年期後腦損傷恢復能力仍可觀，但嚴重損傷更易導致永久性缺損。 成人腦損傷后整體功能重組罕見，但特定腦區終身保留可塑性。
- 冗餘性：指多個腦區執行相同功能的能力。
大腦功能障礙綜合征
特定綜合征包括失認症、遺忘症（含短暫性全面遺忘）、失語症、失用症。 精神疾病（如抑鬱症、精神病、焦慮症）有時包含類似癥狀。 構音障礙（神經運動障礙）可能產生類似失語症的癥狀。
大腦功能障礙的診斷
- 病史與體格檢查
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- 血液和腦脊液實驗室分析
- 影像學檢查（如CT或MRI）
通常，大腦功能障礙診斷以臨床評估為主，常輔以神經心理學測試。 該標準化測試提供大腦結構與功能完整性的資訊，評估智力、執行功能（如規劃、抽象思維、概念化）、注意力、記憶、語言、知覺、感覺運動功能、動機、情緒、生活品質及人格。
病因診斷通常需實驗室檢查（血液及有時腦脊液分析）和腦成像（結構性：CT、MRI; 功能性：正電子發射斷層掃描[PET]、單光子發射計算機斷層掃描[SPECT]、功能性磁共振成像[fMRI]）。