A gondolkodási folyamatok az agy legmagasabb emeletein, a kéregben mennek végbe. A kéreg a nagyagyféltekéket – azok valamennyi mélyedését és barázdáját – tekervények vékony rétegével befedő szürkeállomány. Az agykéreg idegsejtek, neuronok elképesztő tömegéből áll (ez a mennyiség 15 milliárd neuronig terjedhet). Ha ezeket az idegsejteket egy sorba rendeznénk, 5000 kilométer hosszú láncot alkotnának. Minden neuron nyúlványok segítségével (a hosszúakat axonnak, a rövideket dendritnek nevezzük) sok ezer más neuronnal áll (a szinapszisokon keresztül) kapcsolatban. Így egy, a kapcsolatok megszámlálhatatlan sokaságából álló áttört háló jön létre, és ezek a kapcsolatok az idegrostokon keresztül az érzékszervek idegvégződéseihez vezetnek. Ezek az idegvégződések mintegy az agy „csápjai”. Ha meghatározott hatások vagy jelzések érik őket, izgalmi állapotba kerülnek, és az ingerület a megfelelő idegeken keresztül az agykéregbe továbbítódik, amelynek különböző területei közt állandóan létrejönnek, „szétesnek” és újraalakulnak a kapcsolatok. Az egyes ember érzékszervein keresztül naponta érzetek tízezreit nyeri a külvilágból. A szovjet tudósok vizsgálatai kimutatták, hogy az agy felépítésében több blokkot különböztethetünk meg, amelyek struktúrájuk, kapcsolataik és funkcióik vonatkozásában egyaránt eltérnek egymástól. Az első blokkot az az apparátus-csoport alkotja, amely az agy belsejében helyezkedik el és közvetlenül az anyagcseréhez, s a szervezet „belső háztartásának” szabályozásához kapcsolódik. Ide tartoznak az ún. hipotalamusz képződményei, a thalamus opticus egyes magvai, az agykéreg legősibb részeinek mezői.