Le cerveau est le principal organe du système nerveux des animaux. Au sens strict, le cerveau est l'ensemble des structures nerveuses dérivant du prosencéphale (diencéphale et télencéphale). Dans le langage courant, ce terme peut désigner soit l'encéphale dans son ensemble, soit le télencéphale ou le cortex cérébral.
Chez les vertébrés, le cerveau est situé dans la tête, protégé par le crâne, et son volume varie grandement d'une espèce à l'autre. Par analogie, chez les invertébrés, le cerveau désigne certains centres nerveux.
Le cerveau régule les autres systèmes d'organes du corps, en agissant sur les muscles ou les glandes, et constitue le siège des fonctions cognitives. Ce contrôle centralisé de l'organisme permet des réponses rapides et coordonnées aux variations environnementales. Les réflexes, schémas de réponses simples, ne nécessitent pas l'intervention du cerveau. Toutefois, les comportements plus sophistiqués nécessitent que le cerveau intègre les informations transmises par les systèmes sensoriels et fournissent une réponse adaptée.
Le cerveau est une structure extrêmement complexe qui peut renfermer jusqu'à plusieurs milliards de neurones connectés les uns aux autres. Les neurones sont les cellules cérébrales qui communiquent entre elles par le biais de longues fibres protoplasmiques appelées axones. L'axone d'un neurone transmet des influx nerveux, les potentiels d'action, à des cellules cibles spécifiques situées dans des régions plus ou moins distantes du cerveau ou de l'organisme. Les cellules gliales sont le deuxième type cellulaire du cerveau et assurent des fonctions très diversifiées, centrées autour du support des neurones et de leurs fonctions.
Malgré de grandes avancées en neurosciences, le fonctionnement du cerveau est encore mal connu. Les relations qu'il entretient avec l'esprit sont le sujet de nombreuses discussions, aussi bien philosophiques que