中脑是向大脑过渡的结构，中间有许多重要的细胞群，和脑神经核，主要结构包括中脑基底、中脑被盖、顶盖、导水管周围灰质、小脑上脚。

1、中脑基底

中脑的基底部由纤维束形成的大脑脚构成，包括皮质脊髓束、皮质延髓束、脑桥皮质通路以及黑质。

皮质脊髓束与皮质延髓束起自运动皮质的神经元，中间神经元为脑神经的传出神经核。皮质延髓束投射至面神经核下部，及舌下神经核的神经纤维进行交叉。

所有其他的皮质延髓投射纤维均双侧交叉。动眼神经经大脑脚间的脚间窝传出，滑车神经走行于中脑被盖两侧。黑质可以发出多巴胺能纤维至纹状体，又在运动控制中起着关键作用。

2、中脑被盖

起自脊髓和低位脑干的上行传导束和许多下行传导系统均穿过中脑被盖部。来自小脑的传出纤维经红核转换神经元后，发出纤维至丘脑和对侧脊髓，形成红核脊髓束。

红核是调控运动的重要辅助核团，动眼神经核滑和车神经核位于被盖上部，由动眼神经支配的每块眼肌均有自身的肌细胞亚群，上直肌群接受对侧的神经支配，而其他的眼肌则是受同侧的神经支配。

3、顶盖

顶盖有2对突起，分为上丘和下丘，也叫四叠体。上丘通过上丘臂连接丘脑外侧膝状体核，参与顶盖脊髓束交叉的形成，下丘发出纤维经下丘臂至丘脑内侧膝状体核。

4、中脑导水管周围灰质

中脑导水管周围灰质含有下行激动系统，包含控制运动序列的神经回路。

5、小脑上脚

小脑上脚包含来自小脑齿状核的传出纤维，投射至对侧红核和腹侧脊髓小脑束，此小脑的传出纤维在红核下方交叉。