Diperkirakan 100 miliar sel saraf (neuron) berkomunikasi satu sama lain melalui 100 triliun sinapsis. Sel -sel saraf dan sinapsis -- persimpangan di mana informasi ditransmisikan dari sel saraf ke sel lain -- membentuk jaringan besar di mana informasi dipindahkan dan dihasilkan.
Fungsi otak dibagi menjadi empat area, yang terpenting adalah otak besar . Di sinilah pusat untuk melihat dan berbicara berada, dan berpikir pada dasarnya  merupakan fungsi dari otak besar. Diencephalon mengontrol sistem saraf otonom, yaitu bagian dari sistem saraf yang mengontrol fungsi organ vital.
Otak kecil terutama bertanggung jawab untuk koordinasi tubuh. Refleks dasar dikendalikan di batang otak , seperti menguap atau bernapas dan detak jantung. Batang otak secara evolusioner adalah bagian tertua dari otak.
Untuk mengungkap rahasia otak, para peneliti otak mengukur bagian mana dari otak yang menjadi sangat aktif dalam keadaan tertentu. Metode pencitraan yang penting adalah apa yang disebut pencitraan resonansi magnetik fungsional (fMRI), bentuk khusus dari MRI biasa. Subjek terletak pada tabung panjang di mana medan magnet dihasilkan. Dengan fMRI, para peneliti  mengukur kandungan oksigen dalam darah di otak. Dengan cara ini, mereka memperlihatkan bagaimana dan di mana otak bekerja saat ini.
Misalnya, jika subjek mengangkat tangan, bagian otak tertentu menjadi aktif. Dengan bantuan gambar fMRT, para ilmuwan dapat mengidentifikasi area otak mana yang terkena penyakit seperti Parkinson, Alzheimer, atau setelah stroke.
Temuan ini dapat membantu mengembangkan terapi. Dengan magnetoencephalography (MEG), peneliti menggunakan sensor untuk mengukur aktivitas elektrik halus dari sel saraf di otak. Gambar yang dihasilkan memungkinkan mereka untuk melihat seberapa berat bagian otak tertentu digunakan. Dengan cara ini, peningkatan aktivitas di otak dapat dilokalisasi.
Bahkan jika teknologi yang mendasari metode pengukuran tersebut sangat rumit, bahkan eksperimen sederhana dengan metode tersebut menunjukkan area otak mana yang digunakan untuk tugas tertentu.
Dengan cara ini, dapat ditentukan dengan cepat apakah subjek mengembangkan perasaan yang kuat selama percobaan, apakah dia sedang membayangkan gambar atau harus banyak berpikir. Beberapa pengukuran memberikan hasil yang begitu jelas sehingga para ilmuwan dapat menggunakan arus yang diukur. Hal ini memungkinkan untuk mengontrol komputer menggunakan perintah imajiner: Sensor, misalnya, mengukur aktivitas otak yang terjadi segera setelah subjek membayangkan gerakan tertentu dan mengimplementasikan impuls ini  misalnya, untuk menggerakkan kursor pada monitor atau perangkat yang dikendalikan .
Teknologi ini dikembangkan untuk memberikan kesempatan bagi penyandang disabilitas untuk berkomunikasi dengan lingkungannya hanya dengan membayangkan perintah.
Terlepas dari eksperimen semacam itu, sains masih jauh dari mampu membaca isi kesadaran kita. Cara kerja otak sebagai organ sama sekali berbeda dari cara kita memandang diri sendiri, cara kita berpikir dan merasakan.
Tidak ada gambar atau warna di otak itu sendiri, hanya keadaan peralihan tertentu, seperti di komputer. Keadaan saraf tertentu dapat dianggap sebagai foto yang menunjukkan semua aktivitas semua neuron pada titik waktu tertentu. Tidak ada hubungan yang jelas antara keadaan saraf ini dan pengalaman sadar yang sederhana, seperti sensasi warna.
