Omurgalı beyni, merkezi sinir sisteminin ana parçasıdır. Omurgalılarda (ve diğer hayvanların çoğunda) beyin önde, başın içindedir. Kafatası tarafından korunur ve ana duyular olan görme, işitme, denge, tat ve kokuya yakındır. Bir hayvan ilerledikçe, duyuları çevre hakkında veri toplar ve bu veriler doğrudan beyne gider.

Beyinler son derece karmaşıktır. Beyin, ya kasları harekete geçirerek ya da hormonlar ve nörotransmitterler gibi kimyasalların salgılanmasına neden olarak vücudun diğer organlarını kontrol eder. Kas hareketi, çevredeki değişikliklere hızlı ve koordineli tepkiler verilmesini sağlar; hormonlar ve otonom sinir sistemi vücutta daha yavaş değişiklikler yapar. Aynı zamanda insan ve hayvan vücudunun bir parçasıdır. Yetişkin bir insanın beyni yaklaşık 1300-1400 gram ağırlığındadır.

Omurgalılarda omurilik tek başına refleks tepkilerin yanı sıra yüzme veya yürüme gibi basit hareketlere de neden olabilir. Ancak, davranışların sofistike kontrolü merkezi bir beyin gerektirir.

Tüm omurgalı beyinlerinin yapısı temelde aynıdır. Aynı zamanda, evrim sürecinde omurgalı beyni değişikliklere uğramış ve daha etkili hale gelmiştir. 'Aşağı' olarak adlandırılan hayvanlarda, beyin yapısının çoğu veya tamamı kalıtsaldır ve bu nedenle davranışları çoğunlukla içgüdüseldir. Memelilerde ve özellikle de insanda beyin, yaşam boyunca öğrenme yoluyla daha da geliştirilir. Bu da onların çevrelerine daha iyi uyum sağlamalarına yardımcı olur. Öğrenme kapasitesi en iyi serebral kortekste görülür.