На его поверхности, обращенной к мозжечку, имеется четыре небольших бугорка — четверохолмие. Верхние бугры четверохолмия — центры первичной обработки зрительной информации, их нейроны реагируют на объекты, быстро передвигающиеся в поле зрения. Основные функции нейронов верхних бугров — управление направлением взгляда и приведение зрительной системы в состояние повышенной готовности при сильных зрительных стимулах. Нижние бугры четверохолмия — центры первичной обработки слуховых стимулов. Нейроны этих центров реагируют на сильные резкие звуки, приводя слуховую систему в состояние повышенной готовности.
В среднем мозге расположены важнейшие скопления нейронов, выполняющие двигательные функции, — красное ядро и черная субстанция. Нейроны красного ядра вместе с нейронами мозжечка участвуют в поддержании тонуса мышц и координации позы тела. Нейроны черной субстанции выделяют важнейшее регуляторное вещество — дофамин. Дофамин необходим для того, чтобы человек мог совершать быстрые и точные движения, ходить, бегать.