Situé juste en dessous du diencéphale, le mésencéphale héberge plusieurs noyaux nerveux, dont ceux d'où proviennent les paires III et IV de nerfs crâniens, le substance noire, les noyaux rouges etc .; de plus, il garantit le passage aux différents faisceaux nerveux moteurs et sensitifs, et aux faisceaux nerveux constituant la formation réticulaire.
Issu du mésencéphale dit embryonnaire, le mésencéphale remplit diverses fonctions : il contribue au mécanisme de la vision, contrôle la dilatation pupillaire, contrôle le mouvement des yeux, est impliqué dans le processus de perception des sons, participe au mouvement musculaire et à sa planification, sa régulation du cycle veille-sommeil, du système de récompense, du plaisir, de l'apprentissage et de la durée d'attention.
Le mésencéphale abrite divers groupes de neurones et assure le passage aux faisceaux nerveux ayant différentes fonctions.
