Fysiologia on peräisin fysiologiasta, latinalaisesta sanasta, joka tarkoittaa “luonnontiedettä”. Biologian, fysiologian osa -alue on elävien elinten, niiden osien ja toimintojen tutkimus. Siksi aivofysiologia on tutkimus aivoihin liittyvistä toiminnoista ja prosesseista. Aivofysiologia sisältää myös aivojen komponenttien tutkimuksen ja sen mahdolliset ongelmat ja toimintahäiriöt.
Aivojen fysiologian ymmärtäminen edellyttää aivojen osien ymmärtämistä. Aivojen pääosat ovat aivot, pikkuaivot ja aivorunko. Aivot ovat sekä ihmisen aivojen suurin että kehittynein alue, ja niissä on kaksi pallonpuoliskoa, jotka on merkitty oikealle ja vasemmalle. Pikkuaivot ovat seuraavaksi suurin alue. Aivovarsi on yhteys aivojen ja selkäytimen välillä.
Muita tärkeitä aivofysiologian elementtejä ovat hermosto ja limbinen järjestelmä. Keskushermostoon (CNS), joka on suurin osa hermostoa, kuuluu selkäydin ja aivot. Käsissä, jaloissa, elimissä ja lihaksissa olevat perifeeriset hermot täydentävät järjestelmää. Limbinen järjestelmä on kokoelma toisiinsa liittyviä aivojen rakenteita, joihin kuuluvat hippokampus ja amygdala.
Aivofysiologian tutkimus osoittaa, että ihmisen aivot ovat vastuussa monista ihmiskehossa tapahtuvista toiminnoista. Keskushermostoa, johon aivot kuuluvat, voidaan ajatella koko hermoston ja kehon hallinto- ja käsittelypaikana. Limbistä järjestelmää, joka sijaitsee lähellä pikkuaivoa, kutsutaan joskus “emotionaaliseksi hermostoksi” ja se on läheisesti sidoksissa mielialamme ja tunteisiimme, korkeampiin henkisiin toimintoihimme ja muistinmuodostukseen. Pikkuaivot auttavat sulavan liikkeen koordinoinnissa. Se vaikuttaa suurelta osin kehon asentoon ja tasapainoon. Lisäksi se edistää motorista oppimista.
Aivojen etulohko on moottorin ohjauksen, oppimisen, suunnittelun ja joidenkin puheen elementtien paikka. Parietaalilohko on somaattisten aistitoimintojen ohjauspaikka. Niskakyhmyssä näköä hallitaan. Ja ajalliset lohkot sisältävät kuulon ja muiden puheen elementtien ohjaimet. Aivojen kaksi aivopuoliskoa vastaavat kehon vastakkaisen puolen ohjaamisesta, joten esimerkiksi oikean pallonpuoliskon moottorinohjaus ohjaa kehon vasemman puolen motorista toimintaa. Yksi aivopuoliskoista on hallitseva, mikä johtaa useimmissa tapauksissa vastakkaiseen käteen, mutta vasen aivopuolisko on yleensä puhetta ja kieltä hallitseva puoli riippumatta siitä, mikä pallonpuolisko on hallitseva yleensä.