Der evolutionär jüngste Teil des Gehirns ist das Großhirn (Cortex, lat. Rinde), der für intellektuelle Aufgaben zuständig ist und dem
willentliche Entscheidungen zugeschrieben werden. Eine geläufige Bezeichnung des Neocortex ist auch Pallium, also Hirnmantel.
Das Großhirn wird durch Hirnwindungen, sogenannte Gyri und Furchen, Sulci, geformt. Die Ausprägung dieser unterscheidet sich von Mensch zu Mensch
und auch in der jeweiligen Hirnhälfte. Zum Teil trennen Gyri und Sulci verschiedene neuronale Bereiche voneinander ab, die aber unabhängig von
der Entfernung dennoch miteinander verknüpft sind. Das Gewebe besteht auf der unteren Seite des Neocortexes aus der weißen Substanz und
auf der oberen aus der grauen Substanz, welche sich aus Zellekörpern und Dendriten zusammensetzt.
Die beiden beinahe identisch aussehenden Gehirnhälften (cerebrale Hemisphären) des Großhirns haben jeweils strukturelle und funktionelle
Spezialisierungen. Die Kontrolle der Körperhälften verläuft zum Großteil diagonal, also die rechte Körperhälfte wird durch die linke Hirnhälfte
gesteuert und umgekehrt.
Bei Rechtshändern ist die linke Hemisphäre verantwortlich für sprachbezogene, analytische und motorische Prozesse.
Die rechte Hemisphäre hat unter anderem die Zuständigkeit für die Emotionen, Kreativität, Musikalität, aber auch für visuelle Verarbeitungsfähigkeit inne.
Darüber hinaus übernimmt die linke Hälfte des Gehirns die Wahrnehmung von Details und die rechte vereint diese zu einem Ganzen.
Bei linkshändigen Menschen können diese Funktionen umgekehrt sein. Abgesehen von diesen schwerpunktmäßigen Zuweisungen von Fähigkeiten,
werden bei beinahe allen Aufgaben rechte und linke Hälfte des Gehirns genutzt.
Die beiden Hirnhälften werden durch das Corpus Callosum (Balken), der größten Leitungsbahn des menschlichen Gehirns, verbunden.
Im Großhirn sind zudem das Riechhirn (Rhinencephalon) und auch die für Geschmack entscheidende Insula angesiedelt. Beide stehen in direkter
Verbindung zu Emotionen (siehe Limbisches System). Das bedeutet, wenn wir etwas riechen, geht dies direkt über
die Nase in unser Gehirn. Die sogenannten Basalganglien bilden Kerne des Großhirns und sind durch viele Verbindungen dem Stammhirn und den Thalamuskernen vernetzt.
Die wichtigsten Bestandteile sind das Corpus striatum, auch Streifenkörper, der Globus pallidus, der Nucleus subthalamicus und die Substantia nigra
(siehe Das Stammhirn).
In jeder Hirnhälfte befindet sich so ein „Kern“, der für die Kontrolle über die allgemeine
Motorik von großer Bedeutung ist. Weiters befindet sich das Faserngebilde Capsula interna in den Basalganglien, die neben ihrer motorischen Funktion, auch für
visuelle und auditive Reizwahrnehmung entscheidend ist. Sie verbindet den Cortex mit anderen Gehirngebieten und hat eine äußerst empfindliche Blutversorgung.
Zusammen mit der Insula, der lateralen Hemisphärenoberflache und Teilen des Zwischenhirns werden sie durch die Gehirnarterie Arteria cerebri media versorgt.
Die Basalganglienschleife beginnt beim Neocortex und verläuft über die Basalganglienkerne und den Thalamus wieder zurück zum Cortex. Basalganglien werden unter
anderem für das Empfinden von Ekel verantwortlich gemacht.
Das Großhirn ist in vier Hirnlappen unterteilt.