Pikkuaivot ovat yksi pienimmistä aivojen osista, mutta niillä on rooli monissa erilaisissa henkisissä ja fyysisissä prosesseissa. Tämä aivojen osa on pääasiassa vastuussa tietyntyyppisten liikkeiden hallinnasta, mutta ei suoraan käynnistämisestä. Tasapaino ja kyky ylläpitää ryhtiä ovat molemmat aivojen tärkeimpiä toimintoja. Osa siitä on myös vastuussa monista muista hermoprosesseista tai liittyy niihin tangentiaalisesti. Näitä ovat oppiminen ja siihen liittyvät kognitiiviset toiminnot sekä keskittyminen ja reagointi joihinkin ympäristön ärsykkeisiin.
Rakenteellisesti pikkuaivo muistuttaa toissijaisia aivoja, jotka on asennettu aivojen pohjaan. Yksi laajalti hyväksytty tapa ajatella pikkuaivoja kuvittelee sen eräänlaiseksi rinnakkaiskäsittelylaitteeksi, joka hoitaa tiettyjä keskeisiä tehtäviä, mutta suhteellisen lineaarisesti ja alisteisesti. Tämä aivojen osa koostuu monista hermosegmenteistä, joilla kaikilla on peruskokoonpano. Jokainen segmentti hyväksyy laajan valikoiman syötteitä, prosesseja, jotka syöttävät perusteellisesti ja monimutkaisesti ja välittävät sitten suhteellisen yksinkertaisen tuloksen. Tämäntyyppinen laskenta ja käsittely helpottaa monien rutiininomaisten mutta ratkaisevien tehtävien puoliautomaattista käsittelyä.
Yksi tähän luokkaan kuuluvista pikkuaivojen toiminnoista liittyy tasapainoon. Ihmiskehon on jatkuvasti tehtävä monia pieniä säätöjä pysyäkseen pystyssä. Näitä hoitaa suurelta osin pikkuaivo, joka käsittelee tasapainoa ilman aktiivisen ajattelun tarvetta.
Ihmiskehon tehokas ja turvallinen liikuttaminen on myös erittäin monimutkainen tehtävä. Toinen pikkuaivojen tehtävistä on auttaa liikkumisprosessissa. Pikkuaivot eivät aloita liikkeitä, vaan toimivat eräänlaisena avustajana, jotta liike tapahtuu sujuvammin, kun se aloitetaan muista aivojen osista.
Liikkumisprosessiin liittyy jatkuva huomio kehon nykyiseen asentoon ja sen liikesuuntaan. Terve pikkuaivo mahdollistaa sujuvat ja suorat lihasten liikkeet. Vaurioitunut tuottaa hankalaa ja nykivää liikettä, kun korkeammat aivot yrittävät ohjata liikettä, johon se ei sovi.
Muut pikkuaivojen toiminnot pyrkivät hyödyntämään sen kykyä lajitella ja käsitellä tietyntyyppisiä tietoja ja lähettää sitten tuloksia aivojen tai hermoston alueille, joilla tiedosta on hyötyä. Pikkuaivot osallistuvat monenlaiseen oppimiseen ja näyttävät olevan erityisen tärkeitä oppimisessa, joka vaatii pieniä muutoksia liikemalleihin. Aivopuolen lisätoimintoja ovat tietojen siirtäminen esimerkiksi ruoansulatuskanavan tai silmien alueille vastauksena ympäristön ärsykkeisiin tai muihin hermovasteisiin.