Средний мозг соединяет передний мозг с задним мозгом. Средний мозг образует переднюю часть ствола мозга, поэтому многие образования задних отделов ствола (моста и продолговатого мозга), в том числе восходящие и нисходящие пути и ретикулярная формация, проходят через него, не прерываясь.
К характерным внешним ориентирам среднего мозга относятся: четверохолмие с его округлыми верхними и нижними бугорками, корешки глазодвигательного (III) и блокового (VI) нервов и ножки мозга - два крупных пучка нервных волокон, в которых проходят прямые нисходящие пути от коры больших полушарий.
В среднем мозгу расположен ряд важных чувствительных и двигательных центров.
Четверохолмие, находящееся на его дорсальной поверхности, имеет большое значение как интегративный центр зрительной (верхние бугорки) и слуховой (нижние бугорки) систем. К важным двигательным центрам относятся черная субстанция и красное ядро. Большую роль играют также ядра глазодвигательного и блокового нервов, управляющих мышцами глаз.