Valkoinen aine sijaitsee aivojen juuressa pikkuaivojen ja aivorungon välissä. Se koostuu pitkistä hermokuiduista, joita kutsutaan aksoneiksi. Aksonit on eristetty myeliinillä, rasvatupilla, jotka antavat alueelle valkoisen värin, jolle se on nimetty. Myeliini auttaa nopeuttamaan signaalien siirtoa aksoneja pitkin. Nämä signaalit lähettävät aistitietoa kehosta aivokuoreen, mikä auttaa hallitsemaan kehon autonomisia toimintoja. Autonomiset toiminnot ovat kehon toimintoja, kuten hengitys, vilkkuminen ja hikoilu, jotka suoritetaan ilman, että aivot tietoisesti ajattelevat niitä.
Osa keskushermostoa, valkoinen aine sisältää talamuksen ja hypotalamuksen, jotka sijaitsevat pikkuaivoissa. Hypotalamus sijaitsee talamuksen alapuolella. Molemmat ovat hermoverkkoja, joilla on useita toimintoja, mutta tärkein näyttää olevan se, että talamus välittää viestejä aivokuorelle ja hypotalamuksella on suuri rooli kehon aineenvaihduntajärjestelmän säätelyssä.
Valkoinen aine eroaa harmaasta aineesta useissa tärkeissä asioissa. Vaikka harmaa aine sisältää myös aksoneja, ne eivät ole myelinoituja. Se sisältää myös hermosoluja ja dendriittejä, jotka haarautuvat hermosoluista. Harmaa aine toimii aivojen viestinkäsittelykeskuksina ja vastaa aivojen tietoisesta ajattelusta. Vaikka harmaa aine sijaitsee aivojen ulkopuolella ja selkäytimen sisäpuolella, valkoinen aine seuraa päinvastaista kaavaa. Se sijaitsee aivoissa ja selkäytimen ulkopuolella.
Ihmisillä valkoisen ja harmaan aineen jakautuminen vaihtelee sukupuolen mukaan. Miehillä on keskimäärin suuret aivot kuin naisilla, mutta naisilla on suhteellisesti enemmän harmaata ainetta, kun taas miehillä valkoista ainetta on enemmän. Naisilla on enemmän asiaa, jotka yhdistävät kaksi aivopuoliskoa, mutta miehillä on suurempia pitoisuuksia kummallakin pallonpuoliskolla. Nämä erot näyttävät korreloivan miesten taipumukseen hoitaa paikkatehtäviä paremmin kuin naiset. Naiset sitä vastoin pyrkivät parempiin miehiin verbaalisissa tehtävissä.
Ikääntyminen vaikuttaa myös aivojen valkoiseen aineeseen. Aivojen ikääntyessä näille alueille alkaa ilmestyä vaurioita, jotka alkavat rajoittaa aivojen kognitiivista toimintaa oletettavasti heikentämällä aivojen kykyä lähettää ja vastaanottaa viestejä. Mitä enemmän vaurioita henkilöllä on, sitä enemmän hänen kognitiivinen kykynsä heikkenee. Vaikka vauriot ovat normaali osa ikääntymistä, ne voivat pahentua muista terveysongelmista, erityisesti korkeasta verenpaineesta.