位於大腦半球後方，覆蓋在腦橋及延髓之上，橫跨在中腦和延髓之間的腦組織。它由胚胎早期的菱腦分化而來，是腦六個組成部分中僅次於大腦的第二大結構。原始的小腦出現在圓口類的七鰓鰻。大多數魚類的小腦不發達，體積小，表面光滑，隻是橫跨在第四腦室上方的一小塊凸起的頂壁。軟骨魚中的鯊魚小腦較大，表面甚至出現溝裂，這是比較特殊的例外。兩棲類和爬行類的小腦不發達，表面也缺乏溝回。少數在海中洄遊的龜類小腦的體積在整個腦中佔有較大的比重。爬行類的小腦內部開始出現神經核團，這標誌小小腦接受傳入信息和發出傳出聯系增多。鳥類的小腦非常發達，在種系發生上顯得突出，小腦體積大，表面溝回緊湊，位於內側的新小腦部分特別發達，接受來自脊髓的傳入纖維和來自上位腦結構的投射纖維數量增多，與之相應的傳出聯系也更為廣泛，因而腦橋及橄欖核亦隨之發達。到瞭哺乳類，小腦進一步發展，新小腦、舊小腦及古小腦分部清楚，表面的溝回變得更為復雜，神經核團更加分化、發達，其生理功能也更為完善和重要。
解剖 從外觀上看，小腦中間有一條縱貫上下的狹窄部分，卷曲如蟲，稱為蚓部。蚓部兩側有兩個膨隆團塊稱為小腦半球。在小腦蚓部和半球表面有一些橫行的溝和裂，將小腦分成許多回、葉和小葉。在這些橫貫小腦表面的溝和裂中，後外側裂和原裂是小腦分葉的依據。後外側裂將小腦分成絨球小結葉和小腦體兩大部分，而原裂又將小腦體分成前葉和後葉。這樣，前葉、後葉和絨球小結葉便構成瞭小腦3個橫向組成的分部。從發生學的觀點來看，絨球小結葉出現最早，是小腦最古老的部分，被稱為古小腦，它主要接受來自前庭核和前庭神經的傳入纖維，調節軀幹肌肉的活動，在維持肌緊張、身體平衡和姿勢等方面起重要作用；前、後葉的蚓部及後葉蚓部的後外側部出現得稍晚，稱為舊小腦，其主要功能與頭部和身體的本體感受和外感受的傳入信息有關，有調節肌緊張的作用；小腦半球的大部分和部分蚓部發展得最晚，稱為新小腦，它在人類最為發達，主要接受經腦橋接轉的來自大腦皮質的纖維，參與由大腦皮質發起的隨意運動的調節。在位相性的活動和肌肉的協調運動過程中起重要作用。
小腦分葉示意圖
功能 小腦通過與大腦、腦幹和脊髓之間豐富的傳入和傳出聯系，參與軀體平衡和肌肉張力（肌緊張）的調節，以及隨意運動的協調。小腦對身體的調節作用：①調節軀體平衡。小腦對於軀體平衡的調節，是由絨球小結葉，即古小腦進行的。軀體的平衡調節是一個反射性過程，絨球小結葉是這一反射活動的中樞裝置。軀體平衡變化的信息由前庭器官所感知，經前庭神經和前庭核傳入小腦的絨球小結葉，小腦據此發出對軀體平衡的調節沖動，經前庭脊髓束到達脊髓前角運動神經元，再經脊神經到達肌肉，協調瞭有關頡頏肌群的運動和張力，從而使軀體保持平衡。②調節肌緊張。肌緊張是肌肉中不同肌纖維群輪換地收縮，使整個肌肉處於經常的輕度收縮狀態，從而維持瞭軀體站立姿勢的一種基本的反射活動。小腦可以調節肌緊張活動，其調節作用表現為抑制肌緊張和易化肌緊張兩個方面。小腦抑制肌緊張的作用主要是前葉（舊小腦）蚓部的機能，這一抑制作用在去大腦動物上表現得最為明顯。刺激去大腦貓小腦前葉的蚓部，可以減弱動物因去大腦而造成的伸肌過度緊張現象。反之，切除該部位則使去大腦僵直加強，這些現象都說明小腦有抑制肌緊張的作用。小腦對肌緊張的易化作用是由前葉的兩側部位來實現的。③協調隨意運動。隨意運動是大腦皮質發動的意向性運動，而對隨意運動的協調則是由小腦的半球部分，即新小腦完成的。新小腦的損傷，將使受害者的肌緊張減退和隨意運動的協調性紊亂，稱為小腦性共濟失調。主要表現有：運動的準確性發生障礙；產生意向性震顫現象，動作的協調性發生障礙。患者喪失使一個動作停止而立即轉換為相反方向的動作的能力，運動時動作分解不連續。此外，小腦與運動性的學習記憶和心血管活動也有一定的關系。