Sachverhalt:
A. Der 1968 geborene R._ erlitt im Jahr 1983 bei einem Autounfall ein schweres Schädel-Hirn-Trauma. Nachdem er von November 1993 bis Juni 1999 als Hilfsbauarbeiter erwerbstätig gewesen war und seit November 1999 Arbeitslosenentschädigung bezogen hatte, meldete er sich am 7. Februar 2000 mit dem Hinweis auf neurologische Störungen bei der Invalidenversicherung zum Leistungsbezug an. Gestützt auf medizinische und erwerbliche Abklärungen sprach die IV-Stelle des Kantons Zürich R._ mit Wirkung ab Dezember 1999 eine ganze Invalidenrente bei einem Invaliditätsgrad von 70 Prozent zu (Verfügungen vom 6. und 20. Juli 2001). Dieser Anspruch wurde anlässlich einer ersten Revision bestätigt (Mitteilung der IV-Stelle vom 18. Juni 2003). Im Rahmen einer weiteren Überprüfung hob die Verwaltung die Invalidenrente unter anderem gestützt auf ein neurologisches Gutachten auf (Verfügung vom 16. März 2010).
B. Das Sozialversicherungsgericht des Kantons Zürich wies die dagegen erhobene Beschwerde ab (Entscheid vom 9. August 2011).
C. R._ führt Beschwerde in öffentlich-rechtlichen Angelegenheiten mit dem Rechtsbegehren, der angefochtene Entscheid sei aufzuheben und es sei ihm weiterhin eine ganze Invalidenrente auszurichten. Eventuell sei die IV-Stelle zu verpflichten, ein interdisziplinäres Gutachten einzuholen.

Erwägungen:
1. Das Bundesgericht legt seinem Urteil den Sachverhalt zugrunde, den die Vorinstanz festgestellt hat (Art. 105 Abs. 1 BGG). Es kann die Sachverhaltsfeststellung der Vorinstanz von Amtes wegen berichtigen oder ergänzen, wenn sie offensichtlich unrichtig ist oder auf einer Rechtsverletzung im Sinne von Art. 95 BGG beruht (Art. 105 Abs. 2 BGG). Feststellungen der Vorinstanz hinsichtlich des Grades der Arbeitsunfähigkeit betreffen Tatfragen, soweit sie auf Beweiswürdigung beruhen, und sind insoweit lediglich unter eingeschränktem Blickwinkel überprüfbar (<ref-ruling> E. 3.2 S. 397).
2. Strittig ist, ob die Vorinstanz die Aufhebung der seit Dezember 1999 aufgrund eines Invaliditätsgrades von 70 Prozent ausgerichteten ganzen Invalidenrente mit Wirkung ab Mai 2010 zu Recht geschützt hat mit der Begründung, der Gesundheitszustand des Beschwerdeführers habe sich seit der Mitteilung vom 18. Juni 2003 bis zum Abschluss des Verwaltungsverfahrens (Verfügung vom 16. März 2010) leistungswirksam verbessert.
2.1 Ändert sich der Invaliditätsgrad einer Rentenbezügerin oder eines Rentenbezügers erheblich, so wird die Rente von Amtes wegen oder auf Gesuch hin für die Zukunft entsprechend erhöht, herabgesetzt oder aufgehoben (Art. 17 Abs. 1 ATSG; vgl. auch Art. 87 Abs. 2 und 3, Art. 88a und Art. 88bis IVV). Anlass zur Revision von Invalidenrenten gibt jede Änderung in den tatsächlichen Verhältnissen, die geeignet ist, den Invaliditätsgrad und damit den Rentenanspruch zu beeinflussen. Die Invalidenrente ist daher nicht nur bei einer wesentlichen Veränderung des Gesundheitszustandes, sondern auch dann etwa revidierbar, wenn sich die erwerblichen Auswirkungen eines gleich gebliebenen Gesundheitszustandes erheblich verändert haben oder eine andere Art der Invaliditätsbemessung zur Anwendung gelangt (<ref-ruling> E. 3.5 S. 349). Als Vergleichsbasis für die Beurteilung der Frage, ob bis zum Abschluss des aktuellen Verwaltungsverfahrens eine anspruchserhebliche Änderung des Invaliditätsgrades eingetreten ist, dient die letzte rechtskräftige Verfügung (oder gegebenenfalls formlose Mitteilung nach Art. 74ter lit. f IVV; vgl. SVR 2010 IV Nr. 4 S. 7, 9C_46/2009 E. 3.1), welche auf einer materiellen Prüfung des Rentenanspruchs mit rechtskonformer Sachverhaltsabklärung, Beweiswürdigung und Durchführung eines Einkommensvergleichs beruht (<ref-ruling>). Ist eine anspruchserhebliche Änderung des Sachverhalts nicht mit überwiegender Wahrscheinlichkeit erstellt, bleibt es nach dem Grundsatz der materiellen Beweislast beim bisherigen Rechtszustand (vgl. SVR 2010 IV Nr. 30 S. 94, 9C_961/2008 E. 6.3).
2.2 Anlässlich der Überprüfung des Anspruchs im Jahr 2003 ging die IV-Stelle von einem gegenüber den Verhältnissen von 2001 stationären Zustand aus, so dass die aktuellen Feststellungen mit den ärztlichen Stellungnahmen zu vergleichen sind, wie sie der ursprünglichen Leistungszusprache 2001 zugrunde gelegt worden waren.
2.2.1 Das kantonale Gericht würdigte das medizinische Dossier und kam zum Schluss, der Gesundheitszustand des Beschwerdeführers habe sich seit der ursprünglichen Rentenzusprache 2001 derart verbessert, dass ihm eine Tätigkeit als Bauhilfsarbeiter seit spätestens Juni 2009 - und damit auch im Zeitpunkt der strittigen Verfügung vom 16. März 2010 - wieder ohne Einschränkungen zuzumuten sei. Im neurologischen Gutachten der Frau Dr. W._ vom 11. Juni 2009 sowie in deren Stellungnahme vom 17. Dezember 2009 werde einlässlich dargelegt, inwiefern sich die gesundheitliche Situation des Beschwerdeführers seit der ursprünglichen Rentenzusprechung tatsächlich verbessert habe. Die aktuelle Untersuchung habe weder schwerwiegende neurologische Ausfälle noch ein traumatisch bedingtes Hirnleistungsdefizit ergeben.
In der Tat hatte Prof. P._ (Neuropsychologisches Institut X._) im November 2000 noch eine ausgeprägte Funktionsschwäche der rechten Hirnhälfte festgestellt; die entsprechenden Befunde seien genügend kohärent, "um ihre Beeinflussung durch kulturelle Faktoren, und noch deutlicher durch eine allfällige Neigung zur Aggravation oder gar Simulation, auszuschliessen" (Gutachten vom 16. März 2001). Die neurologische Begutachtung durch Frau Dr. W._ im Jahr 2009 ergab derweil eine Diskrepanz zwischen den geklagten subjektiven Beschwerden und dem weitgehend normalen Neurostatus sowie den Zusatzuntersuchungen. Die Kopfschmerzen seien wohl medikamentös induziert. Auch sei die kräftige Statur des Versicherten mit Schwielen an Händen und Füssen sowie an der Kniescheibe schwer mit der angegebenen vollständigen Inaktivität vereinbar. Laut dem Teilgutachten des Instituts für Neuropsychologische Diagnostik und Bildgebung am epileptischen Zentrum Y._ vom 30. April 2009 sind die erhobenen defizitären Leistungen "global und unspezifisch"; es lasse sich kein Zusammenhang mit dem Schädel-Hirn-Trauma herstellen. Angesichts eines solchen Leistungsprofils wären auch die nach dem Unfall ausgeübte mehrjährige Berufstätigkeit im Baugewerbe und der Erwerb eines Führerscheins undenkbar gewesen. Die ungewöhnlich schlechten Testleistungen sowie die Auffälligkeiten in den Symptomvalidierungsverfahren wiesen darauf hin, dass die gezeigten Leistungsminderungen nicht authentische neuropsychologische Defizite darstellten. Die neurologische Hauptgutachterin schloss, die Arbeitsfähigkeit im früheren Beruf sei nicht (mehr) eingeschränkt.
2.2.2 Der Beschwerdeführer bringt vor, die Beurteilungen des Internisten Dr. S._ von 2003 und 2008 wiesen keine nennenswerten Veränderungen aus; auch dessen Abschätzung der Arbeitsunfähigkeit sei stets die gleiche. Hinzu komme, dass er seit 2008 beim Psychiater Dr. J._ in Behandlung stehe; dieser Arzt habe Befunde erhoben (Konzentrationsschwäche, Gedächtnisprobleme, Ermüdbarkeit; Bericht vom 19. November 2008), welche schon für die ursprüngliche Rentenzusprechung massgebend gewesen seien. Das kantonale Gericht hat sich mit diesen ärztlichen Stellungnahmen auseinandergesetzt. Das Abstellen auf die gegebene Aktenlage - somit der Verzicht auf das vom Beschwerdeführer vor Bundesgericht beantragte Einholen einer interdisziplinären Expertise - verletzt das Untersuchungsprinzip (Art. 43 Abs. 1 bzw. Art. 61 lit. c ATSG) nicht, sind doch in die neurologische Administrativbegutachtung durch Frau Dr. W._ auch die neuropsychologischen Abklärungsergebnisse des epileptischen Zentrums Y._ vom 15./16. April 2009 (Teilgutachten vom 30. April 2009) eingeflossen. Der Vorinstanz kann auch keine unvollständige Feststellung des Sachverhalts vorgeworfen werden; in den Akten finden sich keine Hinweise darauf, dass die nicht-neurologische Hals-Nasen-Ohrenproblematik (vgl. Kurzaustrittsbericht der Klinik für Ohren-, Nasen-, Hals- und Gesichtschirurgie am Spital Z._ vom 14. Mai 2010) eine invalidisierende Wirkung zeitigen könnte.
Weiter ist die in der Beschwerdeschrift hervorgehobene Übereinstimmung von MRI-Befunden als solche allein nicht geeignet, eine Kontinuität auch der funktionellen Folgen solcher hirnorganischen Befunde auszuweisen. Schliesslich wird die vorinstanzliche Sachverhaltsfeststellung auch dann nicht offensichtlich unrichtig, wenn aufgrund der neuropsychologischen Beurteilung des Sanatoriums Q._ vom 18. April 2011, gemäss welcher keine Hinweise auf Aggravation bestehen, davon ausgegangen würde, dass insgesamt mittelgradige kognitive Störungen (betreffend verbales Gedächtnis, exekutive Funktionen, Arbeitstempo) vorliegen. Diese Ausfälle müssten - als Folgen des 1983 erlittenen Unfalls - in den Jahren vor der Anmeldung bei der Invalidenversicherung (2000) in mindestens gleicher Ausprägung bereits gegeben gewesen sein. Der Beschwerdeführer war indes von Ende 1993 bis Mitte 1999 dennoch in der Lage, als Bauhilfsarbeiter erwerbstätig zu sein.
2.3 Die vorinstanzliche Folgerung, der Gesundheitszustand des Beschwerdeführers habe sich im Sinne von Art. 17 Abs. 1 ATSG soweit gebessert, dass eine rentenausschliessende Tätigkeit wieder möglich ist, ist nach dem Gesagten bundesrechtskonform. Weiterungen, namentlich beweismässiger Hinsicht, erübrigen sich.
3. Bei diesem Verfahrensausgang wird der Beschwerdeführer kostenpflichtig (Art. 66 Abs. 1 BGG).

Demnach erkennt das Bundesgericht:
1. Die Beschwerde wird abgewiesen.
2. Die Gerichtskosten von Fr. 500.- werden dem Beschwerdeführer auferlegt.
3. Dieses Urteil wird den Parteien, dem Sozialversicherungsgericht des Kantons Zürich, der Ausgleichskasse des Schweizerischen Baumeisterverbandes und dem Bundesamt für Sozialversicherungen schriftlich mitgeteilt.
Luzern, 3. Februar 2012
Im Namen der II. sozialrechtlichen Abteilung
des Schweizerischen Bundesgerichts
Der Präsident: Meyer
Der Gerichtsschreiber: Traub