脑干的非脑神经核包括薄束核、楔束核、黑质、橄榄核、外侧丘系核、蓝斑核、上丘、下丘、顶盖前区及红核等。

薄束核和楔束核是意识性本体感觉和精细触觉传导路的中继性核团，分别位于延髓背侧面的薄束结节和楔束结节内，接受脊髓后索内上行的薄束和楔束的纤维，传导躯干和四肢的意识性本体感觉和精细触觉的神经冲动。

黑质位于中脑被盖和大脑脚底之间，呈半月形，占据中脑全长。黑质中富含多巴胺能神经元，能合成多巴胺。

多巴胺是神经细胞的重要递质，当黑质多巴胺能神经元变性，多巴胺合成减少时，可引起帕金森病，患者表现为随意运动减少，肌张力过高，面部表情呆板并出现震颤等症状。