Центральна нервова система птахів складається з головного й спинного мозку, які, у свою чергу, утворені безліччю нервових клітин (нейронів). Найбільш помітна частина головного мозку птахів — великі півкулі, що представляють собою центр вищої нервової діяльності. Поверхня їх гладка, без борозен і звивин, характерних для ссавців, площа їх відносно невеличка, що добре корелює з порівняно низьким рівнем «інтелекту» пернатих. Усередині великих півкуль розміщені центри координації інстинктивних форм активності, у тому числі годівлі й співу.
Мозочок, що у птахів є особливо цікавим, знаходиться безпосередньо за великими півкулями й покритий борознами та звивинами. Його складна будова й великі розміри відповідають непростим завданням, пов’язаним зі збереженням рівноваги в повітрі й координацією безлічі необхідних для здійснення польоту рухів.