Головний мозок, як і спинний, покритий трьома оболонками: м'якою, павутинною та твердою. М'яка, або судинна, оболонка головного мозку (латів. pia mater encephali) безпосередньо прилягає до речовини мозку, заходить у всі борозни, покриває всі звивини.
Великі півкулі мозку становлять 75-80% від маси всієї центральної нервової системи. Зовні вони покриті корою – шаром сірого речовини товщиною 1,3-4,5 міліметрів, під яким знаходиться біле речовина і базальні ганглії, що регулюють рухові та вегетативні функції та, як передбачається, пов'язані зі свідомістю.
Головний та спинний мозок оточують три мозкові оболонки: тверда мозкова оболонка (dura mater), павутинна оболонка мозку (tunica arachnoidea), м'яка, або судинна, мозкова оболонка (Pia mater, tunica vasculosa).
Головний мозок також захищений гематоенцефалічним бар'єром. Він складається з клітин, які вистилають кровоносні судини головного. мозку.