Hjärnstammen delas in i tre på varandra följande avsnitt:
Förlängda märgen (medulla oblongata), som är den direkta fortsättningen av ryggmärgen upp i hjärnan och innehåller en rad livsviktiga centra för andning och blodcirkulation.
Bryggan (pons) med centra för balans, hörselbearbetning och kopplingscentraler för signaltrafiken mellan storhjärna och lillhjärna.
Mitthjärnan (mesencephalon), som baktill är försedd med 4 st pucklar den s.k. fyrhögsplattan. Det övre fyrhögsparet (hö. + vä. colliculus superior) är en viktig kopplingsstation för synimpulser. Det nedre fyrhögsparet (hö. + vä. colliculus inferior) är en minst lika viktig kopplingsstation för hörselimpulser. Mitthjärnan innehåller också centra av stor betydelse för vår rörelseförmåga.
Kranialnerverna 3 tom 12 ansluter alla till hjärnstammen.