Mitthjärnan är den översta av hjärnstammens tre delar. Den övergår uppåt i mellanhjärnan och neråt i bryggan. Mitthjärnan är ca. 2 cm lång. Den består av 4 huvuddelar.
1) baktill/dorsalt av fyrhögsplattan (lamina tecti, tectum) som framåt/ventralt övergår i
2) tegmentdelen med olika kärnor och ledningabanor.
Framtill/ventralt avslutas mitthjärnan av
3) och 4) de s.k. hjärnskänklarna (crus cerebri) en till hö. o en till vä. Hjärnskänklarna består av tätpackade massor av nervtrådar på väg från storhjärnsbarken till bryggan och vidare till förlängda märgen och ryggmärgen. Mellan de båda hjärnskänklarna ligger hjärnarmsgropen.
På gränsen mellan fyrhögsplattan och tegmentdelen löper, i mittlinjen, hjärnans vattenledning som binder samman 4.de och 3.dje hjärnventriklarna med varandra. Ena sidans crus cerebri tillsammans med den bakomliggande halvan av tegmentpartiet brukar kallas för 'hjärnarmen' (pedunculus cerebri).
Mitthjärnan innehåller ett flertal viktiga kärnor: bl.a. olika kranialnervskärnor, den svarta kärnan, den röda kärnan och ett kärnsystem (PAG, periaqueductal grey matter) som omger vattenledningen och som är en del i ett större smärtmodifierande system. Fyrhögsplattan innehåller viktiga omkopplingsstationer för syn- och hörselintryck.