Otak merupakan organ pemproses maklumat pusat badan. Ia terkandung dalam kepala melalui saraf kranial, dan berhubung dengan saraf tunjang, yang menduduki badan melalui saraf belakang (spinal nerve). Gentian saraf menghantar isyarat dari otak dikenali sebagai gentian eferen. Gentian yang menghantar isyarat kepada otak dikenali sebagai gentian aferen (atau deria). Saraf boleh bersifat aferen, eferen atau gabungan kedua-duanya (contoh. mengandungi kedua jenis gentian)

Otak merupakan pusat akal dan minda yang merangkumi komponen seperti kognisi, daya tanggapan, tumpuan, ingatan dan emosi. Otak juga bertanggungjawab mengawal postur dan pergerakan. Ia membolehkan kognitif, pergerakan dan bentuk lain pembelajaran. Otak mampu melaksanakan beberapa fungsi secara automatik, tanpa memerlukan kesedaran, seperti menyelaras sistem deria (contoh. sensory gating dan pengabungan pelbagai deria), berjalan, dan fungsi badan homeostasis seperti tekanan darah, kawalan seimbangan cecair, dan suhu badan.

Serebelum mengawal keseimbangan dan pergerakan. Tanpanya, pergerakan tidak dapat diselaraskan.

Kebanyakan fungsi dikawal oleh aktiviti penyelarasan otak dan saraf tunjang. Tambahan lagi, sesetengah tingkah-laku seperti tindak reflex dan pergerakan asas, boleh dilakukan di bawah kawalan saraf tunjang (spinal cord) semata-mata.

Otak melalui peralihan dari sedar kepada tidur (dan subjenis bagi keadaan ini). Peralihan keadaan amat penting bagi fungsi otak yang betul. (Sebagai contoh, ia dipercayai bahawa tidur penting bagi penyelarasan pengetahuan, kerana neuron kelihatannya mengatur stimuli siang hari semasa nyenyak tidur dengan menembak secara rawak lalauan neuron yang terkini digunakan; tambahan lagi, tanpa tidur, subjek normal dipantau menunjukkan simptom menyerupai kecacatan mental, malah mendengar bunyi khayalan). Setiap keadaan otak dikaitkan dengan ciri-ciri gelombang otak.

Neuron adalah aktiviti sel otak yang memproses maklimat, sementara sel Glial melakukan fungsi sokongan. Sebagai tambahan kepada aktif secara eletrik, neuron sentiasa menghasilkan pemancar neuron (neurotransmitters). Neuron mengubahsuai ciri-cirinya (berpandu gambaran gen) di bawah pengaruh isyarat input mereka. Kemudahleturan ini menggaris dasar pembelajaran dan penerimaan. Ia penting bagi mengetahui bahawa sesetengah laluan neuron yang tidak digunakan (binaan yang menjadi terasing secara fizikal dari sel lain) mampu terus wujud lama selepas ingatan hilang dari kesedaran, kemungkinannya berkembang sebagai luar kesedaran (subconscious).

Kajian mengenai otak dikenali sebagai neurosains, biadang biologi bertujuan memahami fungsi otak pada semua tahap, dari tahap molekul sehingga tahap psikologi. Terdapat juga cabang psikologi yang menumpu pada anatomi dan fisiologi otak yang dikenali sebagai biopsikology. Kajian bidang ini menumpu pada setiap bahagian individu otak dan bagaimana ia mempengaruhi tingkah laku.