介於間腦與腦橋之間。它從胚胎早期的中腦泡發展而來。在低等脊椎動物，中腦是視覺、聽覺的高級中樞。但在高等動物，許多重要功能都逐漸向大腦皮層集中(這現象叫做功能的皮層化)，中腦就隻成瞭發生視、聽反射和運動、姿勢等反射的皮層下的中樞。
在功能皮層化過程中，中腦還增添瞭很多與及皮層脊髓間發生聯繫的神經纖維，但仍保持著神經管的原始形態，隻是管壁增厚，管腔縮小。中腦內有中腦水管（舊名大腦導水管）穿過，管周是中央灰質。中腦背面為頂蓋，，又名四疊體，它包括上丘與下丘，從四疊體（主要是上丘）發出下行的頂蓋脊髓束與頂蓋延髓束。中腦腹面為大腦腳，其內部有一薄層含黑色素的細胞叫黑質。黑質的腹側部分叫腳底，它由通過中腦的皮層腦橋來和錐體束組成。黑質及其背側部分叫被蓋，其中除有大量通過中腦的傳入纖維外，主要是紅核、黑質、網狀結構以及動眼神經核、滑車神經核等。中腦的主要功能都與這些結構有密切關系。
如果在動物中腦與間腦之間對腦組織作一橫切，中腦及中腦以下各部就不再受神經系統高級部位的控制，這種動物叫中腦動物。它與脊髓動物（見脊髓）或延髓動物（延髓、脊髓與高級部位之間無聯系）相比，有更復雜的反射，如初級光反射、初級聽反射、瞳孔對光反射，還可調節肌緊張、調節隨意運動以及進行翻正反射活動等。正常時中腦的上述活動都從屬於中樞神經系統的高級部位，也就是大腦皮層的沖動可以直接或通過紋狀體蒼白球體系而入紅核、黑質、四疊體等中腦組織，中腦再經延髓、脊髓內的傳出神經元而引起各種生理反應。
初級光反射與初級聽反射 初級光反射是動物的眼球、頭與軀幹轉向光源的反射；初級聽反射是動物的頭與軀幹轉向聲源的反射。這兩種反射的中樞分別位於四疊體的上丘與下丘。在低等脊椎動物（魚類、兩棲類），上丘與下丘分別是視覺與聽覺的高級中樞，但到高等脊椎動物（哺乳類），上、下丘僅成瞭皮層下的視、聽反射中樞。它們分別接受經視覺與聽覺傳導路徑傳來的沖動，由上丘發出纖維組成頂蓋脊髓束與頂蓋延髓束，分別和脊髓前角運動神經元以及支配眼肌的動眼神經核、滑車神經核、外展神經核（後者位於腦橋）發生聯系，完成上述的初級光反射與聽反射。
瞳孔對光反射 眼受光線照射時，瞳孔縮小，叫做瞳孔對光反射。傳入沖動來自視網膜，由視神經、視束先到達靠近丘腦的中腦頂蓋前區，再經中間神經元到達同側與對側動眼神經的動眼神經副交感核(埃丁格氏核)，由此發出節前纖維，隨動眼神經到睫狀神經節，更換神經元後經節後纖維組成的睫短神經進入眼球，支配瞳孔括約肌引起瞳孔縮小。眼睛由視遠物轉為視近物而發生調節時，也可引起瞳孔縮小（瞳孔近反射）。這兩種反射活動在腦內的神經傳導路徑不同（見圖）。
抑制肌緊張 肌緊張是一塊肌肉內不同纖維交替發生反射性收縮所引起，它促使肌肉保持一定緊張性，是維持軀體姿勢最基本的反射活動。網狀結構對肌緊張有調節作用（見腦幹網狀結構）。切除中腦的延髓動物具有四肢伸肌過度緊張的現象，叫去大腦強直。但中腦的紅核可抑制四肢伸肌的緊張性而加強屈肌的緊張性，因此中腦動物基本上無去大腦強直現象。
調節隨意運動 紅核接受小腦與大腦皮層來的沖動，傳出纖維到達小腦、腦幹與脊髓。黑質接受大腦皮層與紋狀體來的纖維，傳出纖維到達紋狀體、蒼白球、中腦被蓋、丘腦等處。它們都屬錐體外系統，故均與調節隨意運動有關。紅核與肌緊張調節和翻正反射有關。黑質在人類最發達，是中腦內最大的核，它可合成大量多巴胺（一種神經遞質）並經黑質紋體束到達紋狀體，故黑質與紋狀體內均含大量多巴胺。紋狀體內還有乙酰膽堿，正常時黑質、紋狀體內的多巴胺和紋狀體內的乙酰膽堿之間保持著平衡。黑質病變時平衡即被破壞，引起肌緊張亢進和隨意運動的減少，臨床稱做震顫麻痹，又名帕金森氏病。
動眼神經核由許多小核組成，每一小核發出的神經纖維支配一種眼肌，其中除動眼神經副核支配睫狀肌與瞳孔括約肌外，其他小核支配下直肌（背核）、內直肌（腹核）、下斜肌（中間核）、上直肌(腹內側核)、上提瞼肌（尾側中央核）。滑車神經核發出的滑車神經支配上斜肌。因此中腦參與眼肌運動的調節。中腦還可調節其他橫紋肌活動，特別是表現在發生各種翻正反射及其他姿勢反射。
翻正反射 延髓動物無自發的翻正頭或軀體的動作，隻有中腦動物才具有這種能把頭和軀體恢復正常位置的反射。根據引起翻正反射的刺激所作用部位的不同，翻正反射可有4種類型，除其中的視覺翻正反射外，翻正反射的基本中樞位在中腦，一般認為紅核起主要作用。
迷路翻正反射 若將兔雙眼遮住，提起臀部，使之懸空，這時兔頭仍可仰起以維持頭在空間的正常位置。這種反射的引起是由於提起臀部會使正常頭位發生改變，迷路中本體感受器所受的刺激量即與正常時不同，於是反射地促使頸肌發生收縮，從而使兔頭恢復原位。破壞迷路後，頭即下垂而不能再保持正常位置，所以叫做迷路翻正反射。
頸肌翻正反射 遮住兔眼使側臥，頭自可因迷路翻正反射而復位，此時頸肌必發生扭曲，這就刺激瞭頸肌內的本體感受器，而反射地促使側臥的射體也恢復正常位置，叫做頸肌翻正反射。
體壁翻正反射 遮眼側臥，且破壞迷路，兔頭也可恢復正常位置。分析其機制，發現在傢兔軀幹的另一側面上加一木板，並給以一定壓力時，頭即不復正，因而認為遮眼並破壞迷路後側臥時，頭的復位由於體壁兩側所受壓力不同而引起，故名體壁翻正反射。這一反射還見於遮眼側臥，並破壞迷路後又不讓其頭復位時，軀幹將發生翻正，這也是由於體壁兩側所受壓力不同所致。
視覺翻正反射 前已提到，使兔懸空並遮眼後可發生迷路翻正反射，破壞迷路後頭即下垂，但此時若不遮眼，頭又可仰起，保持正常空間位置，這是因為視覺的刺激反射地調節頸肌活動，故名視覺翻正反射。這一反射必須有視覺皮層的參與。
在上述幾種翻正反射中，迷路翻正反射對鳥類特別重要，體壁翻正反射對魚類特別重要。至於人類，則以視覺翻正反射最為重要。
其他姿勢反射 刺激肛門區可使中腦動物發生排便姿勢的動作。若給中腦貓註射雌激素，也可出現正常動物發情所特有的姿勢。這說明中腦對上述姿勢反射有調節作用。
調節內臟活動 刺激或毀損中腦都可影響排尿，表明中腦能控制膀胱活動。中腦損傷可影響汗腺與血管活動。刺激中腦網狀結構還可影響血壓與心率。可見中腦對某些內臟活動可能有一定調節作用。鑒於與調節內臟活動有關的邊緣系統和中腦被蓋、中央灰質間存在著密切聯系，因此，有人主張把中腦也納入廣義的邊緣系統范疇。
其他功能 刺激中腦某些部位可使動物“發怒”，故有人認為中腦與情緒活動有關。此外，中腦頂蓋接受多方面的神經纖維，所以它不僅是視、聽反射的中樞，還可能是觸覺、溫度覺、痛覺的整合中樞。
參考書目
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P.L.Willians，R.Warwick，Cray's Anatomy，36th ed.，W.B.Saunders Co.，Philadelphia，1980.