Головной мозг отличается от мозга пресмыкающихся большими общими размерами, очень крупными полушариями и зрительными долями, огромным мозжечком и очень маленькими обонятельными долями.
Мозговые изгибы выражены резко. Как и у пресмыкающихся, большая часть переднего мозга образована его дном — полосатыми телами (corpus striatum), а крыша представляет в значительной степени первичный свод (archipallium). Стриатные области мозга тонко дифференцированы и являются у птиц конечным звеном анализа многих раздражителей. Важно, однако, учесть, что многие функции, выполняемые у млекопитающих на уровне коры, здесь локализуются в нижележащих отделах, в частности в зрительных долях среднего мозга.
Промежуточный мозг мал, эпифиз развит слабо, гипофиз выражен хорошо. Зрительные доли благодаря развитию мозжечка и переднего мозга отодвинуты в бока. Мозжечок сверху соприкасается с полушариями, а сзади прикрывает значительную часть продолговатого мозга и состоит главным образом из средней доли — червячка (vermis), который покрыт характерными поперечными бороздами. Головных нервов 12 пар, хотя одиннадцатая пара еще не вполне дифференцирована.
Развитие мозжечка связано с полетом, требующим очень точно координированных движений; развитие зрительных долей — с большими глазами, а маленькие обонятельные доли — с недоразвитием органов обоняния.