Tiga kumpulan haiwan mempunyai otak yang jelas rumit: artropod (serangga, krustasea, araknida, dan yang lain), sefalopod (sotong kurita, sotong, dan moluska yang seumpamanya), dan kraniata (vertebrata dan hagfish).[2] Otak arthropoda dan sefalopod muncul daripada korduroi saraf yang selari dan berkembar yang menjalar melalui badan haiwan. Artropod memiliki satu otak pusat dengan tiga bahagian dan lobus optik besar di belakang setiap mata untuk pemprosesan penglihatan.[2]

Bagi burung, bahagian otak yang berfungsi berhubung dengan neokorteks dipanggil nidopalium dan berpunca daripada bahagian otak yang berbeza. Beberapa burung (seperti corvid dan kakak tua) mempunyai kebijaksanaan yang setanding dengan monyet besar, malah bagi ini, bahagian otak yang membentuk neokorteks mamalia adalah sebenarnya hampir tiada sepenuhnya.

Walaupun histologi umum otak adalah pada asasnya serupa antara seseorang, struktur anatomi adalah berbeza. Selain jumlah kasar bahagian embriologi otak, lokasi khusus (gyri) dan alur (sulci), kawasan deria utama, dan struktur lain adalah berbeza antara spesies.

Serangga

Pathologi

Kematian klinikal ditakrifkan sebagai ketiadaan aktiviti otak sebagaiman diukur oleh EEG. Kerosakan pada otak cenderung memberi kesan besar pada organ, kadang kala menyebabkan kekurangan besar dalam kecergasan, ingatan, dan pergerakan. Trauma kepala yang disebabkan contohnya, oleh kemalangan kenderaan dan industri, merupakan punca kematian utama bagi remaja dan pertengahan umur. Dalam kebanyakan kes, lebih banyak kerosakan disebabkan edema terhasil dan bukannya oleh hentaman itu sendiri. penyakit angin ahmar, disebabkan oleh tersekat atau salur darah pecah dalam otak, adalah punca utama lain akibat kerosakan otak.

Satu masaalah lain dalam otak boleh dikelaskan dengan lebih tepat sebagai penyakit dan bukannya kecederaan. Penyakit kemerosotan saraf (Neurodegenerative), seperti penyakit Alzheimer, penyakit Parkinson, penyakit neurone motor, dan penyakit Huntington adalah disebabkan oleh kematian perlahan-lahan individual neuron, mendorong kepada pengurangan dalam kawalan pergerakan, ingatan dan kognitif. Masa kini hanya simptom penyakit yang mampu dirawat. Penyakit mental, seperti kemurungan klinikal, schizophrenia, kecacatan bipolar, dan kecacatan stress post-trauma adalah penyakit otak yang memberi kesan kepada personaliti dan, biasanya, aspek lain bagi fungsi mental dan somatik. Kecacatan ini boleh dirawat oleh campur tangan terapi psikiatri, ubat-ubatan, atau melalui rawatan gabungan; keberkesanan therapeutik berbeza-beza antara individual.

Sesetengah penyakit berjangkit yang mempengaruhi otak adalah disebabkan oleh virus dan bakteria. Jangkitan meninges, membran yang menutup otak, boleh menjurus kepada meningitis. Bovine spongiform encephalopathy (juga dikenali sebagai penyakit lembu gila), membawa maut bagi lembu dan manusia dan berkait dengan prion. Penyakit Kuru adalah merupakan penyakit otak mundur yang mempengaruhi manusia dan disebabkan oleh prion yang serupa. Kedua-duanya adalah berkait dengan penghadaman (ingestion) tisu saraf, dan mungkin menjelaskan kecenderungan bagi beberapa spesies bagi mengelakkan kanibalisme. Virus atau bakteria telah dilaporkan sebagai punca bagi multiple sklerosis, penyakit Parkinson, dan merupakan punca disahkan bagi ensefalopati, dan ensefalomielitis.

Kebanyakan gangguan otak merupakan kecacatan kongenital. Penyakit Tay-Sachs, sindrom X rapuh, dan sindrom Down adalah semua berkait dengan kesilapan genetik dan kromosom. Salah fungsi pada perkembangan saraf semasa embrionik pada otak mampu disebabkan oleh faktor genetik, penggunaan dadah, kekurangan zat pemakanan, dan penyakit semasa kehamilan.

Sesetengah kecacatan otak tertentu dirawat oleh pakar bedah saraf otak manakala yang lain-lain dirawat oleh pakar neurologi dan pakar psikiatri.