小脳は上位中枢のひとつである。（大脳皮質・大脳基底核・小脳）

小脳の構造は、0.5mmの厚さの中に150億個のニューロン（ブルキンエ細胞、ゴルジ細胞、バスケット細胞、星状細胞、顆粒細胞）がある。

小脳のグレーの部分には細胞があり、白質部には繊維や核が存在する。脳幹部には前庭核、下オリーブ核などと小脳の小脳核と連絡を取りあっている。

細かく小脳を見ていくと、結晶格子にように規則的なパターンを持って配列されており、まるでコンピュータの中をのぞくようである。ブルキンエ細胞は抑制ニューロンであり、珊瑚のように広がっている。平衡繊維からの信号と下オリーブからの登上繊維の信号が同時にやってくると、平行信号からの信号を切れた状態にして、そこが長期的に持続する小脳皮質の可塑性シナプスである。これ働きが小脳の学習機能の働きになっている。

日常的に行なわれる無意識的な動作は小脳によって支えられている。情報の流れは脳幹部脊髄系から小脳へ流れ、そして、また脳幹部脊髄系へと戻されてコントロールされることがあり、上位の大脳皮質へも同様に働いている。

小脳は繰り返される単純な動きを学習することができるが、これは、ある種の運動時において、修正を繰り返していくと、パーセプトロン（計算機理論）は次第に正しい動きだけをするようになる。

小脳は協調作用、推尺作用、学習（代償）作用などにより、以前にはうまくできなかった新しい運動に熟練したり、その時々の条件や必要性に応じて運動機能を修訂する。またその運動は迅速である。

野球、ゴルフや早く走れるという運動は小脳が大きく関わっている。