Mnogi ljudi misle o mozgu kao o jednoj masi. Međutim, kada se gleda izravno, može se vidjeti da zapravo postoji linija koja prolazi po sredini, koja u biti dijeli mozak na dvije polovice. Te su polovice poznate kao hemisfere mozga. Općenito, desna hemisfera kontrolira lijevu stranu tijela i obrnuto. Svaka strana mozga također ima određene moždane procese za koje je pretežno odgovorna. Unutar svake hemisfere postoji i nekoliko manjih dijelova, zvanih režnjevi, koji su povezani s daljnjom specijalizacijom. Iako su hemisfere mozga na neki način različite, one su međusobno povezane i dijele informacije.
Općenito, svaka od hemisfera mozga kontrolira suprotnu stranu tijela. Na primjer, živčani impulsi potrebni za pomicanje desne ruke obično dolaze s lijeve strane mozga. Slično, svaka strana mozga obično obrađuje senzorne informacije za suprotnu stranu tijela. Na primjer, ako pas ugrize lijevu nogu, impulsi boli koje stvaraju živci u nozi bit će poslani na lijevu stranu mozga.
Određene moždane procese također često pretežno, iako ne nužno isključivo, upravlja svaka od hemisfera. Lijeva je hemisfera, na primjer, općenito odgovorna za jezik i logičku raščlambu informacija, dok je desna općenito odgovorna za prostornu svijest i procjenu cjelokupne situacije na temelju manjih informacija. Oštećenje na jednoj hemisferi mozga, kao u slučaju moždanog udara, može učiniti ove razlike očitima. Na primjer, moždani udar u lijevoj hemisferi može ostaviti osobu nesposobnom za jasnu komunikaciju.
Hemisfere mozga također sadrže odvojena specijalizirana područja koja se nazivaju režnjevima. Svaki režanj je općenito odgovoran za daljnje specijalizirane procese. Na primjer, čeoni režanj često dominira kontrolom emocija, dok je okcipitalni režanj općenito odgovoran za vid. Iako svaka hemisfera ima isti broj i vrstu režnjeva, stručnjaci vjeruju da režnjevi na svakoj strani mogu imati malo različite uloge u svojim dominantnim procesima. Ovo uvjerenje temelji se prvenstveno na različitim obrascima simptoma koji su uočeni kada je određeni režanj lijeve hemisfere oštećen u odnosu na oštećenje istog režnja desne hemisfere.
Iako su hemisfere mozga fizički odvojene i imaju tendenciju da imaju dominantnu kontrolu nad različitim procesima, one nisu potpuno neovisne jedna od druge. Spojeni su u sredini kroz snop živčanih vlakana koji se naziva corpus callosum. To omogućuje hemisferama mozga da međusobno komuniciraju i dijele informacije, što redovito rade.