ticoAg/ChineseCorpus-Kaggle-fanti huggingface dataset:
突觸是腦的關鍵功能組成部分。腦的核心功能是細胞之間的聯結，而突觸就是產生聯結的地方。人類的腦估計有1,000,000,000,000,000（1015）個突觸聯結；而即使是果蠅的腦也包含幾百萬個突觸。這些突觸的功能各不相同：有的是興奮性的（可以使突觸后細胞興奮），有的是抑制性的，還有的通過激活第二信使系統來通過復雜的機制改變突觸后細胞的化學性質。許多突觸都是動力學可變的，意即它們可以根據通過它們的信號形式而改變其強度。人們普遍相信，突觸可塑性是腦進行學習和記憶的首要機制。
腦中的大部分空間被軸突所占據，它們常常會匯集成所謂的“神經纖維束”。一些軸突被稱為髓鞘的脂質鞘狀物包裹，稱為髓鞘化軸突，它們的神經傳導速度會大大提高。然而也存在無髓鞘軸突。髓鞘是白色的，所以腦中布滿神經纖維的部分顏色較淺，被稱作白質；與之相反，在神經細胞體高度聚集的區域顏色較深，被稱作灰質。
除了少數原始的動物例如海綿（它沒有神經系統）和水母（有離散的神經網絡），所有的現生多細胞動物都是兩側對稱動物，意味著它們的身體形狀是左右對稱的。人們相信，所有的兩側對稱動物都具有共同的祖先，出現與4.85-5.40億年之前的寒武紀；根據假設，它的形狀像是簡單的管蟲，身體分節。可以大致認為，這種蠕蟲的基本形態在所有現代兩側對稱動物的體型和神經系統中都有反映，包括脊椎動物。兩側對稱動物的基本形態是中空的管狀，有一個管道從口通到肛門；還有神經索，在每一個體節處會有膨大（稱為神經節），在前端會有特別膨大的神經節，稱為腦。一些物種的腦小且簡單，例如線蟲動物；而對于包括脊椎動物在內的其他動物，它是身體最復雜的器官。而另一些蠕蟲例如水蛭，在神經索的尾端也有膨大的神經節，稱作尾腦（tail brain）。
有少數現存的兩側對稱動物沒有能夠辨認的腦，包括棘皮動物、尾索動物和無腔動物門（一種原始的扁蟲）。這些沒有腦的物種的存在，究竟是說明了最早的兩側對稱動物是沒有腦的，還是它們的祖先在演化中丟失了腦結構，現在尚無定論。
果蠅（''Drosophila''）作為基因對腦發育影響的研究對象，已經得到了深入的研究。
無脊椎動物包括節肢動物、軟體動物和許多種蠕蟲。無脊椎動物腦的多樣性程度，和它們身體的多樣性同一等級。
兩類無脊椎動物有相當復雜的腦：節肢動物（包括昆蟲、甲殼亞門、蛛形綱等等）以及頭足綱（章魚、魷魚和類似的軟體動物）。節肢動物和頭足綱的腦從貫穿身體的兩條平行神經索中產生。節肢動物有一個分為三部分的腦中樞，每只眼睛后面用于處理視覺信息的視葉很大。 無脊椎動物中腦最大的是頭足類動物（如章魚和魷魚）。
有一些無脊椎動物因為易于進行實驗，它們的腦已經得到了深入研究：
* 果蠅（''Drosophila''），對它的研究發展了豐富的遺傳學技術，使它成為了適合研究基因對腦發育影響的天然樣本。 盡管昆蟲和人類有著巨大的演化差異，果蠅的許多特性被證實和人類相關。例如，第一個識別出的生物鐘就是來自晝夜節律被擾亂的突變果蠅。對于脊椎動物的基因組的研究發現了類似的一組基因，它在小鼠身上也起著類似的生物鐘作用——幾乎也可以肯定，人類的生物鐘也是如此。對于果蠅的研究也揭示了，腦的區域會終身不斷地重組，作為對生活環境的回應。
* 可獨立生活的線蟲秀麗隱桿線蟲（''Caenorhabditis elegans''）和果蠅一樣，都因為遺傳學上的重要性被深入研究。在1970年代早期，西德尼·布倫納將其選為研究基因控制發育的模式生物。使用這種生物做實驗的好處是，它的結構非常的單一：雌雄同體，每一條蟲都包含精確的302個神經元，且在同一位置進行突觸聯結。布倫納的團隊將該線蟲切成上千個薄片，將每一片放在電子顯微鏡下照相，然后通過人眼將每一片上的神經纖維組合，從而繪制出整個身體的每一個神經元和突觸。如此他們繪制了秀麗隱桿線蟲完整的神經“連線圖”——稱為。對于任何其他的生物都沒有過這種程度的詳細研究，從中得到的信息促生了許多研究成果。
* 稱為加里福利亞海兔的海蛞蝓。它被諾貝爾獎獲得者，神經生理學家埃里克·坎德爾選作研究學習和記憶的分子基礎的模式生物，因為它的神經系統簡單且易于操作。數百個實驗證實了這一點。
最早的脊椎動物出現在5億年前的寒武紀，形狀類似于今天的盲鰻。鯊魚大約出現于4.5億年前，兩棲動物出現在4億年前，爬行動物出現于3.5億年前，而哺乳動物出現在大約2億年前。每一個物種的演化時間都是同樣的，然而現代的盲鰻、七鰓鰻、鯊魚、兩棲動物、爬行動物和哺乳動物的腦尺寸和復雜度呈現出逐漸上升的趨勢，和演化序列相吻合。它們的腦都包含了同樣的基本解剖結構，然而腦的最前端（大腦）在盲鰻那里還是很原始的，在哺乳動物身上就變得巨大和精致了。
很多情況下，我們會簡單地比較腦的大小。對于許多脊椎動物，它們的腦容量、身體大小和其它變量之間的關系已經得到了研究。腦容量會隨著身體大小增加，但并不是簡單線性的。大致來說，較小的動物的腦會占有身體中的較大比例。對于哺乳動物來說，腦容量和體重的關系服從冪定律，其冪指數約為0.75。 這個公式描述了集中趨勢，但是哺乳動物的每一個科都會或多或少地偏離它，部分地反映了它們行為的復雜程度。例如，靈長類的腦大約比該公式的結果大5-10倍。捕獵者一般比它們的獵物擁有更大的腦/身體比例。
脊椎動物的腦的胚胎發育主要分區，它們之后會分別分化為前腦、中腦和菱腦。
所有脊椎動物的腦共用同樣的底層結構，在胚胎發育的早期很清楚地表現出來。在胚胎的最早階段，腦呈現為上的三處膨大，它們會分別發育成前腦、中腦和菱腦（后腦）。在腦發育的最初階段，這三個部分的大小大致相同。對于許多脊椎動物，例如魚類和兩棲動物，成年之后這三個部分大小仍然差不多，然而哺乳動物的前腦會比其它部分大很多，中腦則會變得很小。
脊椎動物的腦由非常柔軟的組織構成。活的腦組織的外表呈粉紅色，而內部大多為白色，包含一些細微的顏色變化。脊椎動物的腦由一種稱為腦脊膜的結締組織生物膜系統包裹著，間隔在顱骨和腦之間。血管通過腦脊膜上的孔進入中樞神經系統。血管壁的細胞排列很緊密，形成了血腦屏障，阻止了許多毒素和病原體，然而也會阻止抗體和一些藥物，給腦疾病的治療帶來了許多挑戰。
神經解剖學家們通常把脊椎動物的腦分為6個主要部分：端腦（大腦半球）、間腦（丘腦和下丘腦）、中腦、小腦、橋腦和延髓。每一個部分又可細分出很多結構。其中一些部分，例如大腦皮質和小腦皮質，包含一些摺疊與卷曲以減小占用的空間。其他一些部分，例如丘腦和下丘腦，包含許多小型的核團。通過神經結構、化學和聯結上的區分，可以在脊椎動物的腦中辨認出上千個結構部分。
雖然所有的脊椎動物腦都包含同樣的基本組成部分，但是其中一些演化分支的腦的外觀發生了巨大的變形，特別是在前腦區域。鯊魚的腦的基本部分都是正向的，但是真骨附類的魚類（包含一大類已經滅絕的魚）的前腦是“翻轉過來”的，就像一只襪子內外翻轉了一樣。鳥類的前腦結構也發生了重要變異，其變形程度之大導致很難將一個物種的腦結構和另一個物種的相匹配。
脊椎動物腦的主要解剖結構，此處將鯊魚和人的腦相比較。基本的部分都可以一一對應，但是形狀和尺寸有巨大的不同。
以下列出了脊椎動物腦的一些最重要的部分，以及有關它們已知功能的簡述：
* 延髓（Medulla oblongata），和脊髓相連接，包含許多小的核團，負責多種感覺和非自主運動功能，例如心跳、消化、嘔吐。
* 橋腦（Pon）屬于腦干的一部分，位于延髓之上。它包含的核團負責控制一些通常是自主的，但是很簡單的行為，例如睡眠、呼吸、吞咽、膀胱功能、平衡、眼動、表情和姿態。
* 下丘腦（Hypothalamus）是前腦中一個相對于其復雜性和重要性來說，尺寸比較小的區域。它包含許多小的核團，每一個核團都有單獨的聯結和神經化學性質。下丘腦負責協助一些非自主或者部分自主的活動，例如睡眠-清醒周期、飲食行為，并且釋放一些荷爾蒙。
* 丘腦（Thalamus）包含許多功能分散的核團：有一些負責從大腦半球中轉和交換信息，另一些和運動有關。丘腦后方的區域可能是包含一些運動調節系統以作用于一些“完成行為”（consummatory behaviors），類似吃、喝、排便和性交。
* 小腦（Cerebellum）負責調制其他腦區的輸出。不管是和運動相關的輸出還是和思維相關的輸出，都可以使它們變得更加確定與精確。去掉小腦不會妨礙動物任何特定的動作，但是會使得動作變得猶豫和笨拙。小腦的精確性能力不是與生俱來的，而是在反復試驗和犯錯中習得的。在騎自行車過程中習得的肌肉協調性，是主要發生在小腦中的神經可塑性的一個例子。人腦10%的體積和50%的神經元數目都包含在小腦中。
* 視頂蓋（Optic tectum）可以讓動作指向空間的某個點，通常是對視覺輸入的回應。對于哺乳動物來說，它相當于是，是中腦的一部分。在它的功能中，指引眼動的功能得到了最好的研究。它也負責指導“伸向”的動作和其他指向對象的動作。它接受強烈的視覺輸入，但同樣也接收其他對于判定方向有幫助的感覺輸入，例如貓頭鷹的聽覺、。在一些原始的魚類，例如七鰓鰻，這個區域是腦中最大的區域。
* （Pallium）是位于前腦表面的一層灰質，它是腦器官最復雜和最新近的演化發展。在爬行動物和哺乳動物的腦中，它稱為大腦皮質。許多功能和皮質相關，包括嗅覺和空間記憶。哺乳動物的大腦皮層大到足以成為腦的主導，可以壓制許多其他腦區的功能。許多哺乳動物的腦皮層包括隆起的皺褶，稱為腦回（gyri），其間是凹進去的溝，稱作腦溝（sulci）。溝回皺褶增加了皮層的面積，使得灰質的總量增加，可以儲存和處理更多的信息。
* 海馬體（Hippocampus），嚴格來說只在哺乳動物中出現，雖然它所起源的內側皮層在所有脊椎動物都可以找到對應。有證據表明，海馬體和一些復雜的活動有關，例如空間記憶和導航。
* 基底核（Basal ganglia）是前腦中一組互相聯結的結構。基底核的首要功能可能是：它們將抑制信號發送到腦中可以引起動作行為的部位，而遇到恰當的情形可以解除抑制，于是動作發生系統可以發起動作。而獎懲作用中最主要的神經過程，就是發生在基底核的神經聯結變化上。
* 嗅球（Olfactory bulb）是一個特殊的結構，它負責處理嗅覺信息，然后將其輸出傳遞到皮層中負責嗅覺的區域。對于許多脊椎動物來說它是腦的最主要部分，但是在人類和其他靈長類中大幅縮小了（他們的感覺主要來自視覺而非嗅覺）。
哺乳動物和其他脊椎動物的腦最明顯的區別是其尺寸。平均來說，在身體大小相同的情況下，哺乳動物的腦是鳥類的2倍，是爬行動物的10倍。
然而尺寸還不是唯一的區別：在形狀上有更基本的不同。哺乳動物的菱腦和中腦與其他脊椎動物并無太大區別，然而前腦發生了巨大的改變，尺寸劇增，結構也發生了變化。 大腦皮質的存在是哺乳動物和其他脊椎動物腦之間最大的區別。其他脊椎動物的大腦表面由稱作皮層（Pallium）的簡單三層結構。而哺乳動物的皮層演化成了復雜的六層結構稱為新皮質（neocortex或者isocortex）。 哺乳動物許多位于新皮質邊緣的區域，包括海馬體和杏仁核也得到了進一步的巨大發展。
大腦皮質的完善發育給其他腦區也帶來了變化。例如對于大多數脊椎動物來說在視覺控制方面非常重要的上丘，在哺乳動物那里縮小了很多，其大部分功能都被大腦皮質的視覺區域取代了。 哺乳動物的小腦包括一大片區域用于支持大腦皮質，稱為新小腦（neocerebellum），其他脊椎動物則沒有相應的部分。
7.4–7.8
2.2–2.5
1.13–2.36
人類和其他靈長類的腦的結構和其他哺乳動物一樣，但是占身體的比例總的來說更大。人類的大腦估計已經包含50-100億個（1011）神經元，其中約10億個（1010）是皮質錐體細胞。這些細胞信號傳遞到對方通過多達1,000,000,000,000,000（1015）突觸連接。腦化指數（EQ）是最廣為接受的跨物種衡量腦尺寸的方式，考慮了腦與身體的非線性關系。人類的EQ值在7-8之間，而大部分靈長類是2-3。海豚的EQ值高于除了人類之外的靈長類，但是幾乎所有的其他哺乳動物的EQ值都要低得多。
靈長類腦的增大主要歸功于大腦皮質的大幅度增加，特別是前額葉皮質以及和視覺相關的皮質區域。靈長類的視覺處理網絡包含至少30個可以識別的區域，互相以復雜的網絡相聯結。據估計，視覺處理區域占據了靈長類新皮質至少一半的表面積。前額葉皮質負責包括規劃、工作記憶、動機、注意以及管控功能等，它所占比例在靈長類中比其他動物要大，而人類的腦中它占有特別大的比例。
腦的功能基于神經元將電化學信號傳遞給其它細胞的能力，以及神經元正確回應來自其它細胞的電化學信號的能力。神經元的膜電位受到許多生物化學和代謝過程的控制，特別是在突觸發生的神經遞質和受體的作用。
神經遞質是一種化學物質，當動作電位到達突觸時，突觸就會釋放神經遞質——突觸后細胞膜上的受體分子和神經遞質結合后，會改變受體分子的化學或者電性質。除了少數例外，腦中的每一個神經元在它和其它神經元形成的突觸上，只會釋放一種神經遞質，或者神經遞質的組合。這個規則被稱作。因此，神經元可以按照它所釋放的遞質來進行歸類。許多精神藥物的功能就是改變某種特定的神經遞質系統的作用，包括大麻素、尼古丁、海洛因、可卡因、酒精、氟西汀和氯丙嗪等等。
脊椎動物腦中最常見的兩種神經遞質是通常為興奮性的谷氨酸和抑制性的GABA。幾乎在腦中所有部分都有神經元使用這兩種神經遞質。因為它們存在的普遍性，作用于谷氨酸和GABA的藥物會產生廣泛而強烈的效果。一些全身麻醉是通過減少谷氨酸起作用；大多數鎮靜劑的效果來源于促進GABA的作用。
除谷氨酸及GABA之外，還有幾十種其他化學神經遞質在腦的其他更局部的區域內使用，通常是執行某一種特別功能的區域。 例如血清素，僅僅出現于稱為的腦干區域，它是抗抑郁藥物和許多減肥療法的首要目標。和有關的去甲腎上腺素只在一個稱為藍斑核的小區域內才出現。其他的神經遞質，例如乙酰膽堿和多巴胺在腦中有很多來源，但是并未像谷氨酸和GABA那樣廣泛分布。
癲癇病人的腦電活動
作為神經信號的電化學過程的副作用，腦組織會在活動時產生電場。當大批神經元同步活動時，它們所產生的電場可以被腦電圖（EEG）或者（MEG）記錄下來。EEG的記錄以及動物（例如大鼠）實驗中植入腦部的電極顯示，活的動物的腦持續處于激活狀態，包括睡眠中。腦的各部分表現出節律性和非節律性的混合，會隨著行為狀態而改變。對于哺乳動物來說，大腦皮層在睡眠時會呈現波幅大而緩慢的Delta波，在清醒但是靜息時會展示較快的，而在活躍執行任務時腦電活動呈現混沌無規律。在癲癇發作時，腦的抑制機制失控，電活動會病理性上升，腦電圖會顯示健康人的腦中不會出現的大幅度波動和尖峰。將這些群體性的放電圖樣和單個的神經活動聯系起來，是如今神經生理學的一個重要研究方向。
所有的脊椎動物都有血腦屏障，使得腦內的新陳代謝和身體其他部分的不同。神經膠質細胞在腦的新陳代謝中起著重要作用，它控制神經元周圍液體的化學成分，包括離子和營養物質的濃度。
比起它的體積來，腦組織要消耗非常大量的能量，向動物提出了更高的代謝需求。一些物種基于減輕體重的演化選擇需求（例如蝙蝠為了飛行），選擇了減小腦容量。腦所消耗的大部分能量用于保持神經元的電活性（膜電位）。大部分的脊椎動物的基礎代謝的2%-8%用于腦，對于靈長類來說，這個百分比要高得多，而人類高達20%-25%。腦的能量消耗并不會隨時間大幅度變化，但是大腦皮質中的活躍區域會比不活躍區域消耗更多的能量。基于這個原理，產生了PET、fMRI、這樣的腦成像技術。腦通常通過葡萄糖（血糖）等的有氧代謝獲得其大部分能量，把酮體作為備用能源，除此之外還有一些中鏈脂肪酸（辛酸和庚酸）、乳酸、乙酸鹽，也許還有氨基酸。
從演化生物學的視角來看，腦的功能是為動物的行為提供協調的控制。一個集中化的腦可以使得肌肉組以復雜的方式協調運動，使得身體的一端受到的刺激可以引發另一端的反應，還可以防止身體的不同部分動作互相牴觸。
為了產生有目的的和統一的動作，腦首先將來自感覺的信息統一傳送到中央系統，然后整合這些數據以得到有關環境結構的信息。之后，它將感官信息和動物目前的需求以及過去狀況的記憶結合在一起。最后，它基于這些結果產生動作回應，以使得動物獲得最大回饋為目標。這一系列信息處理任務需要許多功能子系統的復雜合作。
電子計算機于1940年代發明，同時出現的還有數學化的信息論，使得腦有可能作為信息處理系統來理解。這個觀念構成了控制論的基礎，也進一步促生了我們現今稱為計算神經科學的領域。控制論的最早嘗試顯得有些粗糙，當時將腦的本質看作一臺隱藏起來的計算機。例如約翰·馮·諾伊曼1958年的著作《》。經過了多年有關動物行為和腦細胞電活動的數據積累，這個領域已經由理論概念變得越來越實在。
提出的腦神經回路模型
信息處理過程研究的實質，是試圖用信息流與算法的執行來理解腦的功能。其中最具影響力的早期工作，是1959年的論文《青蛙的眼睛告訴了青蛙的腦什么》（''What the frog's eye tells the frog's brain''），這篇論文研究了青蛙視網膜和上丘（視頂蓋）中的神經元的視覺回饋，得出結論，青蛙頂蓋中的一些神經元聯結會產生一些初級的功能，研究者們將其稱作“蟲子感知”。幾年后，大衛·休伯爾和托斯坦·威澤爾在猴的初級視皮層中發現了一些細胞，如果有明顯的邊緣從視野的某個點移動過去的時候它就會被激活。他們因為這個發現獲得了諾貝爾獎。隨后的研究在更高級的視覺區域發現了探測、色彩、運動和形狀的細胞，它們距離初級視皮層越遠，其反應內容就越是復雜。其他關于和視覺無關的腦區域的研究，揭示了腦細胞的活動和多種多樣的功能相關，一些和記憶相關，另一些和空間等抽象認知相關，等等。
理論研究者們通過建立數學化的進行計算機模擬來理解神經系統的反應方式。許多有用的模型是抽象的，著眼于神經系統算法的概念結構，而非它們在腦中結構的細節；而另一些模型試圖將真實神經細胞的生理物理學性質包含進去。然而現今不論在任何層面上，都沒有一個模型能夠完整地描述腦的功能。其中本質的困難在于，神經網絡的完善計算包括成千上萬神經元的協同工作，而目前的技術只能同時記錄少數神經元的動作電位。
除此以外，每一個神經元都表現得很復雜，可以進行計算任務。所以沒有反映這一點的腦模型可能被認為過于抽象，無法代表腦的運作；而考慮到這一點的的模型會消耗大量的計算資源，以現有的計算能力無法實現。盡管如此，還是試圖建立一個真實而詳盡的整個人腦的計算模型。現在人們還在等待它在預定時間內可以完成何種程度的成果，關于它是否有效也正在進行公開爭論，爭論雙方都有重要的科學家。
聽覺系統的信息傳遞圖示
腦的首要功能之一，就是從感官的輸入中提取出生物所需要的信息。人腦會接收到光、聲音、空氣中的化學成分、溫度、熱源、身體位置、血液中的化學成分等等信息。其他生物可能還有其他感官，例如蛇的熱紅外感覺、一些鳥的或者一些魚類對電場的感覺。此外，還有一些動物可能會改造已經存在的感覺系統，例如蝙蝠將聽力系統改造為聲波雷達。所有這些感覺方式通過特定的一種或者幾種傳感器將信息傳遞到大腦。
每一種感覺系統都是從特化的感受器細胞開始，例如眼睛視網膜中的感光細胞，耳朵的耳蝸中的振動感覺細胞，或者皮膚上的壓力感受神經元。感受器細胞的軸突會進入脊髓或腦，感覺系統的信號會被轉換為。初級感覺核團將信息傳遞到同一模式的更高級的感覺區域。最后，通過丘腦作為中轉站，信號被送到大腦皮層，提取出和生物相關的要素，和來自其他感覺系統的信號進行。
運動系統是腦中直接或間接與運動控制相關的區域，負責支配肌肉。除了負責眼球運動的肌肉是受到中腦的核團控制以外，身體的所有自主控制肌肉都是由脊髓和菱腦中的運動神經元控制的。脊髓的運動神經元既受到脊髓中自有的神經回路控制，也受到腦的下行輸入的調控。脊髓神經回路包含許多反射反應，也包含產生行走或游泳所需要節律的中樞模式發生器。而來自腦的下行聯結會提供更多的自主控制。
腦包含了若干直接投射到脊髓的運動區域。其中最底層的是延髓和橋腦的運動區域，控制一些刻板運動，例如行走、呼吸和吞咽。在中腦里的運動區域要高級一些，例如負責手腳協調運動的。更高級的層級是初級運動皮質，位于額葉后部的一條神經組織。初級運動皮層投射到皮層下運動區域，也通過錐體束大量投射到脊髓。皮層脊髓投射使得精確地自主控制運動的細節變得可能。其他運動相關的腦區通過投射到初級運動區域產生次要的作用，其中最重要的區域是前運動皮質、基底核和小腦。
+ 與運動控制有關的主要區域
包含直接觸發肌肉的運動神經元
包含直接驅動眼部肌肉的神經元
提供運動的精確性和時間準確性
直接從皮層激活脊髓的運動回路
將單獨的運動整理為協調的運動模式
運動序列的時間模式
計劃和其他管控功能
除了上述的區域以外，腦和脊髓還包括控制自主神經系統的控制回路，通過分泌荷爾蒙和調節內臟的平滑肌產生作用。自主神經系統控制心率、消化作用、呼吸率、唾液、汗液、尿液的排出，以及性喚起等等。大部分功能都是不直接受自主控制的。
對于動物來說，睡眠和清醒交替的晝夜周期也許是它們最明顯的行為了。喚醒與警戒也會受到特定腦區在更精細的時間尺度上的調節。
覺醒系統的關鍵部分是（SCN），下丘腦中的一個小部分，位于雙眼視神經交叉點的上方。SCN包含了身體的中樞生物鐘，其中的神經元表現出以24小時為周期的活動漲落，也就是晝夜節律：這些漲落活動是由一組“時鐘基因”的表達產生的節律而引起的。即使是把SCN從腦中取出，放置于溫暖的營養液中，只要它還能照常通過接收到來自視神經的信號，每天的晝夜循環就能繼續工作。
SCN投射到包括海馬體、腦干和中腦等和睡眠-清醒循環相關的區域。其中一個重要的部分是網狀結構，一組零散地分散在腦底部核心區域的神經細胞群落。網狀結構的神經元向丘腦發送信號，而丘腦接下來將控制激活水平的信號發送到皮層的每個部分。網狀結構的破壞會導致永久的昏迷。
睡眠會導致腦活動的巨大變化。直到1950年代，人們大多相信在睡眠期間腦是基本上處于關閉狀態的，現在人們知道這和事實差距很大；腦活動在睡眠時繼續，但是模式變得非常不同。睡眠可以分為兩種類型：“快速眼動睡眠（REM，會產生夢）和非快速動眼睡眠（non-REM，通常沒有夢），在一個睡眠周期之內以稍有變化的模式反復出現。可以記錄到睡眠期間3種不同的腦活動模式：REM，淺度nREM和深度nREM。深度nREM睡眠也被稱為慢波睡眠，此時腦皮層呈現大幅的同步活動波，而清醒時則是非同步且充滿噪音。神經遞質去甲腎上腺素和血清素在慢波睡眠期間降低，在REM睡眠期間幾乎為0，而乙酰膽堿的變化水平則呈現相反的趨勢。
人腦的縱斷面，其中指出了下丘腦的位置
對于所有動物來說，將體內的許多參數的波動維持在一定水平內是生存的必須：例如體溫、水含量、血流中的含鹽量、血糖水平、血氧水平等等。 動物調節其內部環境（內環境）的能力，被生理學家克洛德·貝爾納命名為穩態（Homeostasis，古希臘語意為“穩定”），保持穩態是腦的一項關鍵功能。穩態的基本原則是負反饋：一旦一個參數超過它的閾值，感受器就會發送一個誤差信號，觸發一個反饋，使得該參數回復到之前的最佳水平。（這個方法在工程上有廣泛應用，例如控制溫度的自動調溫器 。)
對于脊椎動物來說，在這方面起重要作用的是下丘腦，前腦中的一個小區域，其尺寸與它的復雜性和重要性不成比例。下丘腦包含了許多小核團，其中大多數都和基本的生物功能有關。其中一些功能和覺醒或者社交有關，例如性行為、攻擊或者母性行為；其中也有很多和穩態有關。一些下丘腦核團接收來自血管中的感受器的信息，包括溫度、鹽含量、血糖水平、血氧水平等參數。而下丘腦核團向運動區域釋放信號，以產生修正偏差的行為。一些輸出會到達腦下垂體，在下丘腦下方和腦相連接的一個小腺體。腦下垂體會分泌荷爾蒙進入血流，進入身體循環并且促進細胞活動的變化。
基底核的結構，在兩張腦的切面中展示。藍色：尾狀核（Caudate nucleus）、；綠色：；紅色：；黑色：黑質（substantia nigra）
根據進化論，個體的行為會被編寫為確保生存和成功繁殖后代。遺傳適應的總的目標，會被轉化為一系列以生存為目的的行為，例如尋找食物、水、庇護所和同伴。腦的動機系統通過改變現有環境來滿足這些需求，并且激活行為以滿足新產生的需求。動機系統基本上是以獎懲機制的方式運作的。當一個特定行為之后跟隨著快樂，腦中的獎勵機制就開啟了，它會導致腦的結構改變，導致如果類似的情形出現時會進行同樣的動作。相反地，如果某一個行為之后緊接著痛苦感受，腦中的懲罰機制開啟，使得在將來遇到類似環境的時候不再做這樣的行為。
至今為止，得到研究的大部分動物都利用了獎懲機制：例如，蠕蟲和昆蟲都可以通過改變行為來尋找食物和躲避危險。對于脊椎動物來說，獎懲機制由腦中的一個特別部分負責，其核心部位是基底核，位于前腦底部的一個互相連接的部分。有許多證據證明基底核是完成決定過程的關鍵區域：基底核可以對腦中大部分動作區域進行抑制，當某方面抑制解除后，動作系統就可以執行它們的運動。 獎懲功能通過改變基底核的輸入和它釋放的決策信號之間的關系起作用。獎勵機制比懲罰機制得到了更好的研究，因為它在藥物濫用中的角色引發了深入的研究。研究表明神經遞質多巴胺起著關鍵作用：成癮藥物如可卡因、安非他命和尼古丁會導致多巴胺水平上升或者多巴胺的效果被加強。
幾乎所有的動物都有能力根據經驗來修改他們的行為——即使是最原始的蠕蟲。因為行為是由腦活動所控制，所以行為的變化必定和腦內的變化相關。從學者圣地亞哥·拉蒙-卡哈爾就開始有人認為，學習和記憶最可能的機制是神經元之間的突觸聯結變化。然而直到1970年代，支持突觸可塑性的經驗證據仍然缺乏。1971年，蒂莫西·布利斯和泰耶·勒莫發表了我們今天稱之為長期增強作用的現象的論文：論文展示了明確的證據，表明動作導致的突觸改變可以保持至少幾天。盡管技術進步使得這一類實驗更容易進行，上千項研究厘清了突觸變化的機制，也揭示了其他種類的行為導致突觸變化的機制，發生在腦的不同區域，包括大腦皮層、海馬體、基底核和小腦。腦源性神經營養因子（BDNF）與體能鍛煉可能在其中扮演著促進性的作用。
神經生物學家目前將學習和記憶分為許多種類，對應腦中的不同實現方式：
* 工作記憶 是動物的腦保持關于當下任務的一些暫時信息的能力。這一類動態記憶被認為是受到赫布理論效應的調制：一組激活的神經元會保持同步互相激活。
* 情節記憶 是回憶起特定事件的細節的能力。這一類記憶可以終身保持。許多證據表明，海馬體在其中起著關鍵作用：許多有海馬體損傷的人會表現出失憶癥，無法獲得新的長期情節記憶。
* 語義記憶 是學習事實和關系的能力。這一類記憶可能主要儲存在大腦皮質中，通過改變神經元聯結來存儲特定種類的記憶。
* 工具學習 是根據獎懲來改變行為的能力。它由以基底核為中心的腦區網絡實現。
*  是通過練習或者單純的重復來改善身體運動模式的能力。許多腦區和它相關，包括前運動區、基底核，特別重要的是小腦，它的包含了許多關于運動參數的微小調節。
人類胚胎的腦，發育6個月
腦并不是簡單地長大，而是經過了復雜的協同和一系列步驟。它多次改變形狀，從最早期胚胎時的神經索前端的一個簡單的膨大，到復雜的區域與聯結的組合。 神經元是在一個包含干細胞的特別部位產生出來，穿過組織遷移到它的最終位置。當神經元到達既定位置，它們的軸突就開始伸長、分叉，被引導著穿過腦，直到其末端到達其目的地并且形成突觸聯結。在神經系統的很多部分中，在初期會形成非常多的神經元和突觸，然后其中無用的會被除去。
對于所有種類的脊椎動物來說，神經發育的早期階段都是類似的。隨著胚胎從球形的一團細胞變成蠕蟲形狀的結構，外胚層中位于背面正中的一條窄帶分化為，它是神經系統的前身。神經板向內凹陷形成了，然后神經溝的邊緣融合形成了，一條充滿液體的中空細胞管。在這條細胞管的前端出現了三個膨大的囊，分別是前腦、中腦、菱腦的前身。在下一個階段里，前腦分為兩個部分，分別是大腦，包含大腦皮質、基底核和相關結構；以及間腦，包含丘腦和下丘腦。幾乎同時，菱腦分裂為，包括小腦和橋腦；與，包括延髓。以上每一個區域都包含了產生神經元和膠質細胞的增生區域，新生的細胞會發生遷移，有時會發生長距離遷移到達其最終目的地。
一旦神經元到達了目的地，它就會向周圍伸出許多樹突和一根軸突。由于軸突通常會延伸到距離細胞體很遠的地方，而且需要到達特定的目的地，所以會以特別復雜的方式生長。生長中的軸突頂端有一小團原生質，稱為，上面分布著化學受體。這些化學受體能夠感受周圍環境，引導生長錐被各種細胞因素吸引或者排斥，從而沿著特定的路徑被引導到應有的位置。這個引導過程的結果，就是生長錐被指引著穿過腦到達其目標區域，然后其他化學信號導致其形成突觸。考慮整個腦，上千個基因的產物參與了軸突的引導。
最終成型的突觸網絡，只是部分由基因決定。在腦的許多部分中，軸突開始會“過量生長”，然后會根據神經活動來啟動“修建”機制。例如，在成年人從眼到中腦的投射中，包含了非常精確的映射，視網膜表面的每一個點都能夠在中腦中某一層找到對應的點。在發育的最初階段，來自視網膜的每一個軸突會被化學信號引導到中腦的大致區域，然后形成眾多分叉，覆蓋一個寬廣區域內的中腦神經元。視網膜有一種特殊的機制：在出生之前。它可以自發地隨機產生波動活動，然后緩慢地沿著視網膜增殖。這些波動通過激發鄰近的神經元活動而起作用，產生的神經活動模式中包含了神經元的空間排列信息。中腦利用這個信息，判斷一些軸突的激活與突觸后細胞不一致，從而造成它們的弱化甚至消失。這個精巧的過程會導致映射的逐漸調節和緊縮，最后形成了成人的投射結構。
在其他的腦區也進行著同樣的過程：基因決定的化學引導形成了初始的突觸矩陣，然后逐漸地受到活動決定的調節機制影響；它一部分是由內源動力驅動，另一部分來自于外界感官輸入。在一些情況下，類似視網膜-中腦系統，形成活動模式的機制僅僅在腦發育期間起作用，它顯然只是為了引導發育而存在。
對于人類和許多其他動物來說，新的神經元主要是在出生前形成的，新生兒的腦細胞總量要明顯多于成人的。然而，也有少數區域終身都會不斷產生新的神經元。成年人的神經發生出現在兩個區域，一個是和嗅覺有關的嗅球，另一個是海馬體中的齒狀回，有證據表明新生的神經元在形成新的記憶方面有作用。除了這些例外，在幼年形成的神經元就和終身的神經元一致。但是神經膠質細胞有所不同，體內的各類神經膠質細胞終身都會不斷產生。
關于心靈的品質、人格和智力是遺傳的還是后天的，一直存在爭論，這就是先天與后天的爭論。雖然還存在許多疑問，但是神經科學研究已經證明這兩個因素都很重要。基因決定了腦的基本結構，也決定了腦如何處理經驗。而經驗對于調制突觸聯結網絡是必要的，它包含了比基因組要多得多的發育信息。在某些區域，在發育關鍵時期是否有經驗輸入是決定性因素。在其他區域，經驗的數量和質量很重要；例如，有證據表明在環境豐容的條件下成長的動物大腦皮質會更厚，表明它們比環境受限制的動物擁有更高的突觸聯結密度。
是一項大型研究工程，啟動于2013年，試圖完整模擬人類大腦。
神經科學的領域包含所有試圖理解腦和其余神經系統的工作。心理學試圖理解心靈和行為，神經內科學是診斷和治療神經系統疾病的醫學分支。腦也是精神病學研究的最主要器官，它是研究和防治精神病的醫學分支。認知科學試圖綜合神經科學、心理學和其他與腦相關的領域，例如計算機科學（人工智能與類似領域）和哲學。
研究腦最古老的方法是神經解剖學。直到20世紀中葉，神經科學的大部分成果來自于更好的細胞染色技術和更好的顯微鏡。神經解剖學研究腦的大尺度結構和神經元及其組成部分的微觀結構，特別是突觸。和其他工具比起來，他們使用了非常多的染色技術，揭示了神經元的結構、化學性質和聯結。近年來，免疫染色技術的出現，可以展示神經元中表達某組基因的特定部分。同樣，使用醫學影像技術的“功能神經解剖學”技術將人腦的許多結構和不同的認知行為聯系起來。
神經生理學家研究腦的化學、藥理學和電性質，他們的主要工具是藥物和記錄儀。數千種從實驗中開發的藥物會對神經系統起作用，其中一些會以高度特化的方式進行。腦的活動可以通過電極來記錄，電極可以貼在頭皮上作腦電圖研究，也可以植入動物的腦中作細胞外電極記錄，它可以檢測到單個神經元的動作電位。因為腦不包含痛覺感受器，所以使用這些技術記錄清醒的動物的腦活動而不引起疼痛是可能的。同樣的技術有時會用于研究患有頑固性癲癇的病人的腦活動，如果病人有醫學上的必要通過植入電極來定位和癲癇發作相關的腦區域。技術，例如fMRI也會在腦的研究中使用；這類技術主要適用于人類，因為它要求清醒的被試長期處于靜止狀態，但是它們的巨大優點是其非侵入性。
一個實驗設計圖：使用猴子的腦活動來控制機械臂
另一個研究腦功能的手段，是檢查特定區域腦損傷的后果。雖然腦有顱骨和腦膜保護，由腦脊液包圍，并且由血腦屏障將其與血液循環隔離，但是腦的結構脆弱，容易遭受各種疾病和損傷。人類各類中風和其他腦損傷的后果，成為了了解腦功能的關鍵來源。 由于自然的損傷不像實驗中那樣可控，所以解釋這些信息通常是困難的。在對動物例如大鼠的研究中，可以使用電極或者藥物注射來造成特定區域的腦損壞，以檢查其對行為的影響。
計算神經科學包含兩類研究：一，使用計算機來研究腦；二，研究腦如何進行計算。一方面，可以通過描述一組神經元電化學特性的方程式序列，編寫計算機程序來模擬其行為；這樣的模擬被稱作生物神經網絡。另一方面，也可以通過模擬或者數學分析來將神經元復雜的生物學性質抽象為簡單的“單元”，來研究神經計算的算法。計算機科學家和神經科學家都有在研究腦的計算功能。
近年來，基因和基因組技術在腦研究上的應用正在增加， 集中在神經營養因子的角色及其在神經可塑性中的物理作用。 其最常用的實驗對象是小鼠，因為它適用的技術工具很多。如今，人們可以相對簡單地“敲掉”或者改變許多種類的基因，然后檢驗其對腦功能的影響。人們也開始使用更先進的技術，例如，可以控制腦中特定部分的基因在特定時間激活或者不激活。
勒內·笛卡爾的一幅圖畫，展示了腦如何參與反射行為
現今發現最古老的人腦來自亞美尼亞的。它大約有5000年歷史，來自一名12-14歲女性的顱骨。雖然腦已經干縮，但是因為山洞中的氣候條件而保存得很好。
早期的哲學家對于靈魂位于腦還是心發生了分歧。亞里士多德認為靈魂位于心臟，認為腦的功能只是冷卻血液。德謨克利特，原子理論的創始人，認為靈魂分為三部分，智力位于頭部、情感位于心臟，而欲望屬于肝臟。希波克拉底，“醫學之父”，明確地支持腦。在他對癲癇的論斷中寫道：
出自安德雷亞斯·維薩里的《人體的構造》（''Fabrica''），1543年出版，展示了人腦的底部，包括視交叉、小腦和嗅球等。
羅馬醫師蓋倫也強調了腦的重要性，建立了具有一定深度的腦工作的理論。蓋倫追蹤了腦、神經和肌肉的解剖關系，提出身體的所有肌肉都通過神經分叉的網絡和腦相連。他假設神經元通過攜帶一種神秘的物質來激活肌肉，他稱之為“pneumata psychikon”，通常翻譯為“動物靈氣”。蓋倫的理論在中世紀廣為人知，但是直到文藝復興都沒有進一步的發展。文藝復興時期精細的解剖研究重新恢復，伴隨著勒內·笛卡爾及其追隨者的理論構想。 笛卡爾和蓋倫一樣，用液體管道的方式來理解神經系統。他認為最高的認知能力是通過一種非物質的思維實體（''res cogitans''）攜帶的，但是人類的大多數行為，以及動物的所有行為，都可以通過物質機制來解釋。
接近現代神經功能理解的第一個真正的成就，是來自路易吉·伽伐尼的研究，他發現對死青蛙腿上暴露的神經進行電擊，會導致青蛙腿收縮。從這個時代開始，每一次認識的進步或多或少都是新的研究技術發展的直接產物。直到20世紀初期，最重要的進展來源于新的染色技術。其中特別重要的是，如果使用得當，它可以只染色一小撮神經元，但是會將整個細胞染色，包括胞體、樹突和軸突。如果沒有這種染色方法，顯微鏡下的腦組織看起來就是一團無法分辨的互相糾纏的原生質纖維，無法分辨出任何結構。在卡米洛·高爾基，以及西班牙神經解剖學家圣地亞哥·拉蒙-卡哈爾手中，新的染色技術揭示了上百種不同種類的神經元，每一種都有其獨有的樹突結構和聯結模式。
圣地亞哥·拉蒙-卡哈爾所繪制的，鴿子小腦中兩種經過高爾基染色的神經細胞
在20世紀上半葉，電子技術的進步促進了神經細胞的電性質的研究，包括艾倫·勞埃德·霍奇金、安德魯·赫胥黎等對于動作電位的生物物理學工作、伯納德·卡茨等人對于突觸的電化學性質的研究。這些研究將腦的解剖圖補完成為了動力學上的實體。1942年，查爾斯·斯科特·謝靈頓對于腦從睡眠中覺醒的描述，反映了這些新的觀點：
在20世紀下半葉，化學、電子顯微技術、基因、計算機科學、功能腦成像和其他領域的進步為腦的結構和功能打開了新的窗戶。在美國，1990年代被官方定為以紀念腦科學研究的進展，并且增加了這些研究的經費。
這些趨勢在21世紀得到了延續，一些新的技術也變得廣為人知，包括，可以在同一時刻記錄多個腦細胞的活動；基因工程，可以在實驗中改變腦的分子構成；基因組學，可以將腦結構的變化和DNA特征的變化和神經成像聯系起來。
*  The Society for Neuroscience
*  IBRO (International Brain Research Organization)
*  The HOPES Brain Tutorial at  hopes.stanford.edu
*  Comparative Mammalian Brain Collection
*  Brain Research News from ScienceDaily
*  BrainInfo for Neuroanatomy
*  Neuroscience for kids
*  BrainMaps.org，互動的高清數字化腦地圖，基于靈長類和非靈長類的腦切片的數字化圖像。
*  The Brain from Top to Bottom
* The Department of Neuroscience at Wikiversity
*  The Secret Life of the Brain : History of the Brain 來自PBS
*  University of Washington 腦區域的3D圖像。
*  7 circuits of the Brain
* head and neck（頭頸部）-大腦溝與迴（cerebral gyru and sulcus）
脊椎動物的眼睛示意圖
眼（又稱眼睛、目、目睭）是視覺的器官，可以感知光線，轉換為神經中電化學的脈衝。比較復雜的眼睛是一個光學系統，可以收集周遭環境的光線，藉由虹膜調整進入眼睛的強度，利用可調整的晶狀體來聚焦，投射到對光敏感的視網膜產生影像，將影像轉換為電的訊號，透過視神經傳遞到大腦的視覺系統及其他部份。眼睛依其辨色能力可以分為十種不同的種類，有96%的動物其眼睛都是複雜的光學系統。其中軟體動物、脊索動物及節肢動物的眼睛有成像的功能。
微生物的「眼睛」構造最簡單，只偵測環境的光暗，這對於晝夜節律的有關。若是更複雜的眼睛，視網膜上的感光神經節細胞沿著傳送信號到來影響影響生理調節，也送到控制。
歐洲野牛的眼睛
複雜的眼睛可以區分形狀及顏色。許多動物（尤其是掠食類動物）的視知覺需要大區域的雙眼視覺來提高。另外一些動物的眼睛位置可以使其視野達到最大，像是兔及馬，不過其視覺就是了。
最早演化出眼睛的動物是在約五億年前，寒武紀大爆發時。這些動物的最近共同祖先有視覺需要的生物化學機能，動物門的分類共有39種（包括已滅絕動物門），其中有6個門中的96%種的動物有較複雜的眼睛。在大部份的脊椎動物及一些軟體動物中，光可以進入眼睛，投影到眼睛後面，對光敏感的細胞，稱為視網膜。視網膜中的視錐細胞（偵測顏色）及視桿細胞（偵測亮度）偵測光線，轉換到神經上的信號。視覺信號藉由視神經傳送到大腦，這類的眼睛多半是球形的，其中有透明的膠狀物質，稱為玻璃體，前面有對焦的晶狀體及虹膜，虹膜周圍肌肉的伸展及收縮會改變虹膜的大小，因此調整進入眼睛光線的多少，若有足夠光線時，也可以減少像差。大部份頭足綱、魚、兩棲動物及蛇的晶狀體是固定形狀的，焦距調整則是由伸縮晶狀體來達成，類似相機調整焦距的方式。
大多數節肢動物具有複眼，是由許多的小平面組成，可能是一個眼睛提供單一的像素資訊，也可能是一個眼睛提供多個資訊。每一個小平面的感測器會有其自己的晶狀體及感光細胞，有些眼睛甚至有28,000個感測器，以六角形排列，以產生完整的360°視覺。複眼對物體的移動十分靈敏。有些節肢動物（像是捻翅目）的複眼只有幾個小平面，每個都有獨立的視網膜可產生影像。每一個眼睛觀察不同的事物，在腦中會產生整個眼睛所得到的融合影像，因此可以產生高解析度的影像。
蝦蛄的眼睛可以處理從到紅外線延伸到紫外線范圍的高光譜影像，是世界上最複雜的彩色視覺系統。已滅絕的三葉蟲也有獨一無二的複眼，用透明的方解石晶體作為眼睛中的晶狀體，因此其眼睛不像大部份的動物一様是軟的。眼睛中的晶狀體會隨三葉蟲不同而不同，最少的只有一個，最多的在一個眼睛裡有上千個晶狀體。
單眼和複眼不同，只有一個晶狀體，像蠅虎科的生物有許多對視野很小的單眼，再配合其他較小的眼睛提供。有些昆蟲幼蟲（例如毛蟲）有另一種單眼，只有大約的視覺。蝸牛的眼睛稱為，是非常簡單的眼睛，有感光細胞，但無法將光線投影到其他細胞，嚴格來說只有辨別亮暗的功能，沒有一般定義的視覺功能，這可以讓蝸牛避免直接的日照。像生活在深海噴口附近的生物，其複眼已被調整為偵測熱泉產生的紅外線，因此可以發現熱泉而避開。
單眼在動物界中相當常見，帶有水晶體結構的眼睛至少在動物演化過程中(立方水母→甲殼動物→環節動物→頭足類動物→脊椎動物)歷經了7次演化。
* 在真核單細胞生物中，由感光色素集合組成。例如水藻中之視紫素。
* 存在于許多無脊椎動物中，如蚯蚓等。
* 由單一細胞或是多個感覺細胞組成。
* 色素細胞阻擋特定來路的光線。
* 也作盆眼，感覺細胞在感覺上皮的下陷區域聚集。
* 在水母軟體動物中可見。在水母中，其感光器官被稱為感覺棍，有重力感。
* 感覺上皮深陷，光透過一個小孔進入
* 成像和方向感比窩眼有所改善，形成暗的倒像
* 成像更佳，其分泌物有透鏡作用
* 在脊椎動物和某些高級的軟體動物（例如：頭足綱）。
注意：脊椎動物的透鏡眼和頭足動物的透鏡眼是典型的趨同演化，相似的構造，相似的作用，但是來源的胚層不同。
脊椎動物和頭足動物透鏡眼的差別
光感受器逆入射光排列
光感受器正對入射光排列
個體發育過程中不同細胞層的折疊形成。透鏡結構來自于頭表皮
來自表皮的眼泡。 透鏡結構來源于分泌物
見于脊椎動物
見于頭足動物
來自遠處物體的光線和來自近處物體的光線經過眼球。
為了能使光線聚集到一點，它們必須被折射。折射的多少取決于觀察物體的距離。一個遠的物體要求晶體的曲折程度要小于近的物體。很多折射發生在具有固定曲率的角膜上，同時根據折射的要求通過調節肌肉來控制晶體完成剩下的折射。
1:玻璃體 2:鋸齒緣 3:睫狀肌 4: 5: 6:瞳孔 7: 8:角膜 9:虹膜 10:晶狀體 11:晶狀體核 12: 13:結膜 14:下斜肌 15:下直肌 寫輪16:內直肌 17:視網膜動脈和靜脈 18: 19: 20: 21: 22:視神經 23: 24: 25:黃斑部 26: 27:鞏膜 28:脈絡膜 29:上直肌 30:視網膜
眼球結構分為：
*  Evolution of the eye
*  Anatomy of the eye – flash animated interactive.
*  Webvision. The organisation of the retina and visual system.  An in-depth treatment of retinal function, open to all but geared most toward graduate students.
*  Eye strips images of all but bare essentials before sending visual information to brain, UC Berkeley research shows
翻譯，是指在準確通順的基礎上，把一種語言信息轉變成另一種語言信息的活動。
這個過程從邏輯上可以分為兩個階段：首先，必須從源語言中譯碼含義，然后把信息重新編碼成目標語言。所有的這兩步都要求對語言語義學的知識以及對語言使用者文化的了解。除了要保留原有的意思外，一個好的翻譯，對于目標語言的使用者來說，應該要能像是以母語使用者說或寫得那般流暢，並要符合譯入語的習慣（除非是在特殊情況下，演說者并不打算像一個本語言使用者那樣說話，例如在戲劇中）。
翻譯分為口譯、筆譯和手語。口譯又稱為「傳譯」，顧名思義，是指譯員以口語的方式，將譯入語轉換為譯出語。由於口語出現早於文字，因此口譯的出現也因此早於筆譯。承擔翻譯工作的職業人士可總稱為「翻譯家」，並可細分為「口譯員」、「筆譯員」、或是如果兩者都做，稱為「口筆譯員」。不過民間常使用「翻譯」作為此職位的稱呼，這是錯誤的，因為「翻譯」是指這項工作和活動，作為動詞和名詞，而不是指執行此工作的人士。
羅塞塔石碑，上面同一段內容分別記錄了古埃及象形文字、世俗體和古希臘文
口譯可以分為“同聲傳譯”（Simultaneous interpreting）和“交替傳譯”（consecutive interpreting）。“同聲傳譯”是在講者發表演說的同時，譯者以相隔較短的時差開始即時翻譯，譯者需要一邊聆聽、理解並記住講者的內容，重組成自然的語句表達成目標語言。因所費精神較大，一場較長的會議需要由至少2-3名同聲傳譯員每15-20分鐘輪流交替工作。“交替傳譯”並不是在同聲傳譯時接手翻譯的意思，而是另一種傳譯模式，指在講者完成一段說話後停頓，然後由譯者概括重點翻譯，接著講者繼續下一段演說，再由譯者翻譯，講者、譯者兩人交替發言直至演說終結。
所有與語言相關的事物（例如文學和演講）基本上都可以進行翻譯，包括小說、電影、詩歌、演講等等。但是不同的領域，翻譯的困難度也不同。例如，詩歌幾乎是不可能準確翻譯的，因為詩歌的形式、音韻等，都是組成其含義的一份子。
很多非文學類文本的翻譯工作，包括軟體手冊和其他商業及專業文本，注重的是意義的傳達，以能通順傳意為主要要求。在全球化的潮流下，不但有越來越多的國際組織，同時企業的經營也越來越以全球觀點出發，這也帶動了國際化與本地化產業的興起。
如果說非文學作品的翻譯是一項可以學習的技能的話，那么翻譯文學作品甚至詩歌，往往可以說是一門藝術，需要一些天賦。文學翻譯出於美學的考量，在翻譯時不能僅注重字對字、詞對詞的翻譯，更不能忽略了文化間的不同點，否則經常會導致譯文在語意、美感、風格上的流失。總之，一個優秀的翻譯人員必須在準確性和可讀性之間找到很好的平衡。
除了出版業以及本地化相關產業外，很多國家政府或國際組織，也需要大量的翻譯人才。例如官方語言有兩種的加拿大政府，所有的政府文件都必須翻譯為英語和法語；另外像擁有很多官方語言的歐盟，更是必須雇用大量的翻譯人員。
對於翻譯的理論與實踐進行研究的學科，一般稱為翻譯研究。
美國學者尤金·奈達（Nida,1964）將翻譯的過程區分為三個階段：1.分析（analysis）、2.轉換（transfer）、3.重建（restructuring）。
翻譯理論也有「異化（Foreignization）」與「歸化（Domestication）」之分，是以原文與譯文各自所屬的文化背景為準區分。譯文若保留原文的文化背景則屬「異化」的翻譯，若偏向取用譯文當地的文化背景以尋求對等則屬「歸化」。歸化的譯法因為在無損原意的前提下改用了當地的文化元素以代替原文中對譯語讀者陌生的文化元素，遂較易取得當地的觀眾共鳴。
由於中國早期歷史所處的環境，中華文化的近鄰在很長時間內都沒有自己的文字，所以直到佛教傳入前，翻譯並不廣泛存在。
宗教文獻翻譯在歷史中佔非常重要的地位，如在佛經翻譯中，譯者在翻譯經藏的時候往往會在文件中修飾，令譯文更切合中國文化。他們會在譯本中增加一些中國的傳統觀念，如孝道等。
在西方，其中一項最早被記錄的翻譯活動是將舊約聖經譯成希臘語，此亦是著名的「七十士譯本」。公元前3世紀，七十名（一說七十二）譯者被委派擔任翻譯聖經的工作，他們在佩浮思島上，分別在不同的單人小室內進行翻譯工作，後來他們發現所有的譯本竟然完全一模一樣。自此，七十士譯本有著崇高的地位，其他語言（包括拉丁語、科普特語、亞美尼亞語、喬治亞語）版本的聖經在翻譯時亦參考了七十士譯本。
羅馬聖哲傑羅姆，更被譽為翻譯歷史中的聖人，因為他將聖經翻譯成拉丁語。而幾個世紀以來，天主教都是使用這個譯本（亦稱作「通俗本聖經」），不過，這譯本在當初面世時亦惹來不少爭議。
隨著宗教改革，聖經被翻譯成歐洲各地的當地語言，而新教與天主教的分歧亦愈來愈大，這是因為兩者對於一些特別字眼和段落的翻譯有著不同的見解。
馬丁·路德所譯的德文版聖經、Jakub Wujek所譯的波蘭版聖經以及以英文寫成的欽定版聖經無論在宗教、文化和語言方面都對當地有深遠影響。
* 嚴復《天演論》：信、達、雅（後來著名翻譯家傅雷即開此例。）
* 人名和地名的翻譯應該名從主人
* 如有公眾通用之文法字句，應照公眾通用之筆法。（例見《清秀佳人》、《哈德遜河流浪記》（馬克·吐溫著））
“回譯”指對譯文翻譯到原文的語言，同時不參照原文。
回譯與原文的比較有時用作檢測原始翻譯的準確性。
對於新接觸或不熟練的語言，機械翻譯的辭典法（即逐字翻譯）是翻譯方法的最根本，所以把欲翻譯的文字的字面意思表達出來，是商務翻譯中的重要應用，也是翻譯的最初通行方法。
翻譯家思果指出，理想的譯法是這樣的：先把原文看懂，照原文譯出來，看看念不念得下去，試刪掉幾個不一定用得著的字，看看是否有損文義和文氣。如果有損，再補回來。試把不可少的字加進去，看看是否超出原文範圍，增減以後和原文再校對一次。有些地方是否譯錯，語氣的輕重是否恰如其分，原文的弦外之音譯文裡找不找得到？原文的意思要消化；譯文的文字要推敲。有經驗的譯者，可能一下筆就譯好了，不過還是要花更多時間來推敲疑問的遣詞造句。
毛澤東在《與音樂工作者談話》中說：“魯迅是民族化的，但是他還主張過硬譯，我倒贊成理論書硬譯，有個好處，準確。”
所謂機器翻譯，是指利用電腦程式對譯入語文本進行分析，然後自動將譯入語翻譯為譯出語，亦即翻譯程序本質上是由機器進行，沒有經過人工潤飾，它是自然語言理解的一種應用，也是自然語言處理技術的一項主要目標。目前的一些翻譯機器，例如雅虎翻譯（收購前稱寶貝魚，Babel Fish）和Google翻譯，有時是可以將譯入語的信息，轉變成某種程度上尚可理解的譯出語（翻譯），但是想要得到較有意義的翻譯結果，往往必須在輸入語句時適當地編輯，以利電腦程式分析。在僅應用有限詞彙，同時文句語法單純的領域，例如氣象報告等，機器翻譯往往能發揮較大的功能。
但是，機器翻譯的結果好壞，往往取決於譯入跟譯出語之間在詞彙、文法結構、語系甚至文化上的差異，例如英文與法文這兩種語言間的機器翻譯結果表現極為優良，而中文與英文間機器對譯的結果則相對不準確。一般而言，大眾使用機器翻譯的目的，可能只是為了要得知原文句子或段落的要旨，而不是精確的翻譯。總的說來，機器翻譯還沒有達到可以威脅（人工）專業翻譯的程度。
電腦輔助翻譯（又稱機器輔助翻譯），顧名思義，是以電腦程式軟體輔助人工翻譯，協助譯者更快速地翻譯以及維持詞彙的一致性。
電腦輔助翻譯中最常見的工具，便是翻譯記憶庫（Translation Memory，簡稱 TM），這是以資料庫的方式儲存原文與譯文，譯者在翻譯時可利用電腦分析與搜尋翻譯記憶庫，找出相同或類似的句子，供譯者使用或參考。使用 翻譯記憶庫，對於維持文件中詞彙用法以及句型的一致性，有很大的幫助。一般而言，句型變化較少、內容重複性高的文件，諸如法律、技術或說明書等文件，比較適合使用翻譯輔助軟體。因此在國際化與本地化領域中，電腦輔助翻譯軟體是很重要的工具。
電腦輔助翻譯領域中常見的軟體有：
*  Alchemy Catalyst
翻譯記憶庫的優點
*在翻譯高重複性且多專業術語的技術性文件時，翻譯記憶庫可是譯者的無價至寶！它能夠使這些頻繁使用的專業術語和詞彙，在譯文中保有一致性
*翻譯大型文檔時，通常需要數名譯者協作，此時翻譯記憶庫能夠保證每一位譯者所翻譯出的專業術語和行文措辭皆一致且準確。
*當前後需要翻譯多個文檔時，一份有效的翻譯記憶庫能節省譯者重新翻譯常用詞彙，或是翻譯固定段落格式的時間。
翻譯記憶庫的侷限性
*當詞彙在上下文的使用方式一致，翻譯記憶庫可發揮極大功效。反之，當相同詞彙卻有著不同的意思及用法時，翻譯記憶庫則難以依照語境，判斷出適切的譯語。
*翻譯記憶庫有助於翻譯出具有一定水準的國際化文件，但若要將文件當地化，則需要針對在地語言的使用方式，建立一個新的語言翻譯記憶庫。
*一份文件交由不同的翻譯社來進行翻譯，除非他們使用同一術語庫和翻譯記憶庫，否則翻譯的結果極有可能不一致。尤其是翻譯過程可能有兼職譯者參與，這讓翻譯記憶庫的運作更為困難。這點也正好牴觸了翻譯記憶庫最大的優勢。
*若一段文字最初就被錯譯，除非錯誤經發現後校正，否則這段錯誤譯文將繼續被使用於類似的翻譯之中。因為譯者可能會順著翻譯記憶庫的建議譯法，不一定會逐字檢查翻譯內容是否符合文件上下文的語境。
電話翻譯，顧名思義，是以現代通訊手段的電話或手機，進行實時的交傳或同傳，協助不同語種人員的語言交流和溝通。這是各國在努力發展的一項重要應用。
視像翻譯，是以現代通訊手段的電話或手機，進行視像通話，為聾人和健聽人士之間進行手語及口語的傳譯服務，例如龍耳手譯寶。
稱職的翻譯家具有以下的特質：
* 對於源語言有非常好的了解，不論是書面文字或者是口語。
* 在目的語言上有優美的文筆。
* 對於二個語言的語源及熟語有深入的認識。
* 可以巧妙的判斷何時要直譯，何者要意譯，確保目的文本可以真實反應被翻譯文本
稱職的翻譯家不止是多語主義者，也是。語言不只是字、文法及語法規則的組合而已，也是巨大的互連系統，其中包括許多內涵及文化在內。語言學家Mario Pei曾說「（翻譯）差不多是要用一輩子來完成的工作」。
翻譯工作的複雜程度再怎麼強調也不為過，有作者認為翻譯者在語言和文化上都已有很好的基礎知識後，需要十年的經驗才能成為優秀的翻譯者。以這種觀點來看，認為「一個人只要兩種語言都很流利，就一定可以勝任翻譯的工作」是很嚴重的誤解。
翻譯者和文本之間的關係曾和藝術家和其藝術作品的關係相比。翻譯和其他藝術一様，不可避免的需要有選擇的成份在內，而選擇也代表了詮釋英文小說家約瑟夫·康拉德曾告訴他的侄女，波蘭文翻譯者Zagórska：
翻譯者可能只翻譯原文中的一部份，只是這是翻譯者的原意即可。不過翻譯者不應該有審查者的角色，為了取悅某政治利益或道德利益而暗中刪除相關的文字。
翻譯是許多作者訓練文筆的方式之一。翻譯者，包括東亞翻譯佛經的僧侶，以及近代早期歐洲的聖經翻譯者，在翻譯過程中也將語言或文字使用的一些特徵帶入作品中。翻譯者是不同文化之間傳播知識的橋梁，翻譯者將源語言中的許多特質及概念帶到目的語言中，包括外來語、文法結構的借譯、熟語及詞語等。
以下是一些華人著名的翻譯家。
* 嚴復（譯作包括《天演論》、《原富》、《群學肄言》、《群己權界論》、《社會通詮》、《法意》、《名學淺說》、《穆勒名學》等書）
* 朱生豪（主要譯作為《莎士比亞戲劇集》）
* 梁實秋（譯作有《莎士比亞全集》）
* 傅雷（譯作有巴爾扎克的《人間喜劇》、《幻滅》，羅曼羅蘭的《約翰·克裏斯朵夫》、《貝多芬傳》、《米開朗琪羅傳》、《托爾斯泰傳》）
* 林紓（譯作包括《伊索寓言》（與嚴璩合譯）、《巴黎茶花女遺事》（與王壽昌合譯）、《黑奴籲天錄》（與魏易合譯））
* 馬堅（譯作包括《古蘭經》、《伊斯蘭哲學史》、《回教哲學》、《回教教育史》、《阿拉伯通史》、《教義學大綱》、《回教真相》、《論語》、《論人民民主專政》）
* 任溶溶（主要譯作為《安徒生童話》等）
* 林文月，譯作：紫氏部《源氏物語》、清少納言《枕草子》等。
錯誤的翻譯示範
* “常凱申”誤譯事件，當事人：王奇，是將蔣中正的英文名字Chiang Kai-shek誤譯為其他的人名。
* “門修斯”誤譯事件，當事人：王銘銘（校對），胡宗澤、趙力濤（翻譯），是將孟子的英文Mencius誤譯為門修斯。
* 殺死一只反舌鳥，誤譯作殺死一只知更鳥
親愛的翻譯官
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* 翻譯的英語對應詞有：“translation” 和 “interpretation”
** “interpretation”又可指口譯。
** 在生物學中，“translation”指將DNA上的密碼轉錄到RNA的過程，這個過程中文稱為轉譯。
翻譯可以有多重含義：
*翻譯，把一種語言轉化成另一種語言的過程。以語言間翻譯作為工作的職業亦稱翻譯。
*-{zh-cn:翻譯 (生物學); zh-hk:轉譯; zh-sg:翻譯 (生物學); zh-tw:轉譯;}-：依據信使RNA上的遺傳信息合成蛋白質的過程。
對於維基百科的條目翻譯，請參見維基百科:翻譯請求。
伍子胥藏匿淮水間，選自月岡芳年繪《月百姿》
伍子胥，羋姓，伍氏。名，字子胥，以字行，後投奔吳國，封于申，因此又叫申胥。伍子胥家族因在楚國被迫害，投奔吳國。受吳王闔閭重用，大破楚國，北鎮齊晉，南服越人，官拜相國公。吳王夫差繼位后，對其“聯齊抗越”戰略不滿，又聽信伯嚭的讒言，最終賜死伍子胥。