뇌는 딱딱한 두개골로 둘러싸여 있고, 뼈 안쪽으로 다시 뇌막이라고 불리우는 세층의 막(경막, 지주막 및 연막)이 뇌를 덮고 있습니다. 그 사이에 뇌척수액이라는 물이 차 있어서 어지간한 충격으로는 뇌 자체에 손상을 받지 않도록 여러 겹으로 보호를 받고 있습니다.
대뇌는 뇌의 가장 큰 부분으로 좌우 두 개의 반구로 이루어져 있고 표면에는 여러 가닥의 홈과 능선이 있어 마치 껍질을 깐 호두와 같이 생겨 있습니다. 이러한 대뇌는 부위에 따라 전두엽, 측두엽, 두정엽, 후두엽으로 다시 나뉘어져 있습니다. 그리고 각 부위는 서로 다른 기능을 갖고 있어 감각신경을 통해 전신으로 들어온 자극을 받아들여 그것을 통합 분석한 후 적절한 명령을 운동신경 등을 통해 온몸에 내려 보내게 됩니다. 겉 부분을 대뇌 피질(회색질)이라고 하는데, 대뇌 피질은 신경 세포의 핵이 위치하고 있는 부분으로, 이 곳에서 사고, 판단, 감정, 기억, 언어 등의 고도의 정신작용이 시작되는 경우가 많습니다. 대뇌의 속 부분은 대뇌 수질(백색질)이라고 하며, 주로 신경 세포의 핵에서 나온 신호를 대뇌의 여러 부분, 기저핵, 뇌간, 척수 등 전신의 신경 시스템으로 전달하는 역할을 합니다. 과거에는 대뇌 수질(백색질)은 단순히 신경 신호의 전달 역할만을 한다고 생각하였습니다. 그러나 최근에는 고도의 정신작용이 대뇌 및 기저핵의 여러 부위가 밀접한 상호 작용을 통하여 함께 형성하는 것이라는 사실이 알려지면서, 뇌의 기능에서 백색질이 갖는 의의가 점차 커지고 있습니다. 뇌졸중 환자에 있어서도 백색질은 중요한 의의를 갖고 있습니다. 실제로, 광범위한 대뇌 피질에서 발생한 운동 신호가 빽빽하게 모인 백색질을 통하여 전신의 근육으로 내려가는데, 이 백색질 즉 신경 신호의 전기줄에 작은 뇌경색이 발생하여 신경 세포와 근육 사이의 연결이 끊어진다면, 마치 광범위한 대뇌 운동 피질이 한꺼번에 손상을 받은 것 같은 것처럼 반신 마비가 발생할 수도 있습니다.
소뇌는 대뇌의 뒤쪽 아래에 자리 잡고 있고 대뇌보다 크기가 작습니다. 그 기능은 몸의 균형을 유지하고 미세한 운동을 조절하는 것입니다. 따라서 소뇌의 기능에 이상이 생기면 똑바로 서 있을 수 없거나 걸음걸이가 기우뚱거리게 됩니다. 특히 소뇌는 팔 / 손가락 / 다리 등의 미세한 운동 조절을 담당하기 때문에, 소뇌 경색이 발생한 경우 단추 채우기 및 수저질 등의 동작이 힘들어지기도 합니다.
기저핵은 대뇌의 내부 깊은 곳에 존재하는 회색질입니다. 이 곳에서는 전신에서 올라오는 감각 신경 정보를 일차로 처리하거나 (시상), 대뇌 피질의 여러 부분 사이의 신호 연결을 관장하거나 (미상핵, 시상), 대뇌와 소뇌 사이에서 일어나는 운동 신호의 추가적인 미세 조절을 (여러 시상하핵) 담당합니다.
뇌간은 대뇌 밑 그리고 소뇌 앞에 위치하여 중뇌, 뇌교, 연수로 이루어져 있으며, 척수로 이어집니다. 이러한 뇌간의 위치에서 유추할 수 있듯이, 뇌간은 대뇌 및 소뇌와 척수 및 전신의 말초 신경 사이에 신경 신호의 전달을 담당하는 역할을 합니다. 대뇌 및 소뇌에서 나오는 운동 신호가 뇌간을 통하여 척수 및 전신의 근육으로 퍼지며, 전신의 감각 신경에서 올라오는 감각 신호가 뇌간을 거쳐 대뇌로 전달됩니다. 또한 뇌간에는 12쌍의 뇌신경 중 제 1번 및 제 2번 뇌신경을 제외한 나머지의 핵이 존재하고 있어, 눈동자의 움직임, 안면 근육 운동 및 안면 감각, 청각 및 평형 감각 유지 그리고 혀 / 후두 / 인두 등의 움직임을 조절합니다. 또한 뇌간에는 몸통의자율신경을 담당하는 제 10번 뇌신경이 있으며, 이는 내장의 연동 운동 (꿈틀운동) 및 심장의 박동을 일차적으로 조절하는 기능을 갖고 있습니다. 그리고 뇌간에는 호흡의 조절을 담당하는 중추가 존재하고 있으며 의식을 유지하기 위한 (사람이 깨어 있기 위한) 일차적인 자극을 대뇌로 보내는 중추가 존재하고 있습니다. 즉, 뇌간은 대뇌 및 소뇌와 척수 및 말초 신경 사이에서 신경 신호의 전달을 담당함과 동시에, 신체의 항상성을 유지하는 데 필요한 미세 조절 역할을 담당하고 있습니다. 따라서 뇌간의 기능이 전반적으로 손상을 받게 되면, 비록 대뇌 피질의 고위 정신 기능이 남아 있다 하더라도 의식을 잃고 호흡 및 심장 박동과 혈압이 유지되지 않아 사망하는 경우가 많습니다. 거꾸로, 대뇌 피질이 광범위하게 손상을 받았으나 뇌간의 기능이 유지되는 경우에는, ‘식물인간’이라고 하여 심장 박동 및 신체의 기본적인 유지 기능은 이루어지나 의식 유지 및 의사 소통 등의 고위 정신 기능을 잃고 의식 없이 누워 있는 경우가 발생할 수 있습니다.


중추신경계도 우리 몸의 다른 부위와 마찬가지로 구석구석까지 혈관이 분포되어 있어 혈액으로부터 산소와 영양을 공급 받고, 세포 활동에 의한 노폐물을 내보낼 수 있습니다.
뇌졸중은 바로 이 혈관에 문제가 생겼을 때 일어납니다. 뇌에 피를 공급하는 길은 두 가지가 있어서 앞부분과 뒷부분이 서로 다른 길을 통해 혈액 공급을 받지만 뇌 속에서는 고리 형태로 서로 연결되어 있습니다. 즉, 앞부분을 공급하는 혈관은 경동맥이라 하는데 목의 양 옆을 따라 머리 속으로 들어가게 되고, 뒷부분을 공급하는 혈관은 척추기저동맥으로 목뼈의 윗부분을 통해 머리 속으로 들어갑니다.
머리 속에서 경동맥과 척추기저동맥이 서로 연결되는 고리모양의 혈관을 “윌리스환”이라 합니다. 따라서 한쪽이 막히게 되어도 다른 부위로 들어온 혈액이 윌리스환을 거쳐 우회로를 형성하여 대신 피를 공급해 줄 수 있습니다.
뇌졸중 발병 시 뇌 병변의 위치와 크기를 알면 어느 정도 환자의 증상 및 장애 정도를 유추할 수 있습니다.

중대뇌동맥이 막힌 경우
중대뇌동맥은 전두엽, 두정엽, 측두엽 등 대뇌피질의 광범위한 부위에 혈액을 공급하며, 뇌졸중이 가장 많이 발생하는
혈관 영역이기도 합니다. 중대뇌동맥이 막힐 경우 손상을 입은 뇌반구의 반대편에서 증상이 발생하는데, 상지 및 하지의 운동 마비, 안면 마비 및 감각 저하, 구음 장애가 나타날 수 있습니다. 좌측 중대뇌동맥이 폐색된 경우 특징적으로 실어증 (언어 장애)가 나타날 수 있으며, 우측 중대뇌동맥이 폐색된 경우 무시 증후군 (신체 부위를 인식하지 못하거나, 환자 주위의 공간에서 좌측에 위치한 사물이나 사람을 인식하지 못하는 등의 현상)이 일어날 수 있습니다. 중대뇌동맥은 특징적으로 뇌의 깊은 곳에 위치한 기저핵 및 내포를 지나면서 가느다란 곁가지를 내어 이들 구조물에 혈류를 공급합니다. 이들 가느다란 곁가지는 고혈압 등의 영향으로 폐색되기 쉬운데, 이 경우 뇌경색이 발생한 부위 반대편의 감각장애, 운동 마비 등의 증상이 나타날 수 있습니다.

전대뇌동맥이 막힌 경우
전전대뇌동맥은 전두엽과 두정엽의 내측 (가운데) 부분의 피질부위에 혈액을 공급합니다. 전대뇌동맥이 혈액을 공급하는 영역은, 운동 기능 중에서는 주로 다리의 운동 신경이 시작되는 부위입니다. 이 때문에 전대뇌동맥이 폐색되었을 경우, 막힌 혈관의 반대편 다리가 마비될 수 있습니다. 또한 전두엽의 내측 부위는 사람이 어떠한 행동이나 생각을 시작하는 명령을 시작하는 기능을 합니다. 따라서 전대뇌동맥 경색 환자의 경우의 대화 혹은 행동의 속도가 느려지고 자발작인 움직이나 대화를 시작하지 않으려는 모습을 보일 수 있습니다. 일반적으로 전대뇌동맥 영역의 경색은 드물어서, 전체 뇌경색의 10% 미만을 차지합니다.

후대뇌동맥이 막힌 경우
후대뇌동맥은 후두엽과 측두엽 내측부, 해마, 중뇌, 시상부 등에 혈류를 공급합니다. 이 부위에 경색이 발생할 경우 시각장애, 감각소실, 중추성 통증, 기억력의 손상이 발생할 수 있습니다. 후두엽은 특히 시각의 중추로 눈으로 물체를 보면 망막, 시신경, 시각로를 통해 후두엽에 전달되고 비로소 물체가 무엇인지 인지할 수 있는 역할을 하는데 한쪽 후대뇌동맥이 막히면 반대쪽 시야가 갑자기 보이지 않게 됩니다. 예를 들어, 왼쪽 후대뇌동맥이 막히면 우리는 물체를 볼 때 오른 쪽 반이 보이지 않습니다. 후대뇌동맥은 특히 시상의 많은 부위에 혈류를 공급하는 곁가지를 내는데, 시상에 뇌경색이 발생할 경우 감각 장애, 기억력 장애, 성격변화 등의 증상이 발생할 수 있습니다.

척추 - 기지동맥이 막힌 경우
기저동맥은 뇌간 및 소뇌로 혈류를 공급합니다. 뇌간은 작은 영역이지만 여러 쌍의 뇌신경과 대뇌피질에 이르는 운동 및 감각 신경로를 포함한 복잡한 구조물이 있어 작은 경색임에도 증상이 심각할 수 있습니다. 뇌신경핵들은 경색부위와 같은 부위를, 운동감각 신경로는 반대측 부위를 지배하고 있어 한쪽 뇌간부위에 경색이 올 경우 경색과 같은 쪽에 위치한 뇌신경 마비 및 반대측의 운동감각 소실이 나타나게 됩니다. 이외에도 기저동맥이 막힌 경우 심한 경우 ‘잠금증후군’이 일어나기도 합니다. 이는 대뇌에는 아무 손상이 없으므로 의식은 있으나 눈 깜박임과 눈을 위로 쳐다보는 동작 말고는 아무것도 할 수 없습니다. 뇌기저동맥에서 갈라져 나온 소뇌동맥이 막힌 경우 소뇌 경색부위와 같은 쪽의 운동 실조증, 오심 및 구토, 느려진 발성, 반대쪽 온도 및 통증감각 소실, 안구진탕, 현훈(어지럼증), 안구진탕, 이명 등의 증상이 나타날 수 있습니다.