Monet ajattelevat aivoja yhtenä massana. Suoraan katsottuna voidaan kuitenkin nähdä, että keskellä kulkee viiva, joka jakaa aivot kahteen osaan. Nämä puolikkaat tunnetaan aivojen pallonpuoliskoina. Yleensä oikea aivopuolisko ohjaa vartalon vasenta puolta ja päinvastoin. Kummallakin aivopuolella on myös tiettyjä aivoprosesseja, joista se on pääasiallisesti vastuussa. Jokaisella pallonpuoliskolla on myös useita pienempiä osia, joita kutsutaan lohkoiksi, jotka liittyvät edelleen erikoistumiseen. Vaikka aivopuoliskot ovat jollakin tavalla erillisiä, ne ovat yhteydessä toisiinsa ja jakavat tietoa.
Yleensä jokainen aivopuolisko hallitsee kehon vastakkaista puolta. Esimerkiksi oikean käden liikuttamiseen tarvittavat hermoimpulssit tulevat tyypillisesti aivojen vasemmalta puolelta. Samoin kumpikin aivopuolisko käsittelee tyypillisesti aistitietoja kehon vastakkaiselle puolelle. Esimerkiksi, jos koira puree vasenta jalkaa, jalan hermojen luomat kipuimpulssit lähetetään aivojen vasemmalle puolelle.
Joitakin aivoprosesseja hoitaa usein myös pääasiassa, vaikkakaan ei välttämättä yksinomaan, jokainen pallonpuolisko. Esimerkiksi vasen aivopuolisko vastaa yleensä tietojen kielestä ja loogisesta jakautumisesta, kun taas oikea puoli on yleensä vastuussa paikkatietoisuudesta ja kokonaistilanteen arvioinnista pienempien tietojen perusteella. Vaurio, joka on aiheutettu yhdelle aivopuoliskolle, kuten aivohalvaus, voi tehdä nämä erot ilmeisiksi. Esimerkiksi vasemman pallonpuoliskon aivohalvaus voi aiheuttaa sen, että henkilö ei pysty kommunikoimaan selkeästi.
Aivopuoliskot sisältävät myös erillisiä erikoisalueita, joita kutsutaan lohkoiksi. Jokainen lohko on yleensä vastuussa muista erikoisprosesseista. Esimerkiksi etulohko hallitsee usein tunteiden hallintaa, kun taas niskakyhmy on yleensä vastuussa näköstä. Vaikka jokaisella pallonpuoliskolla on sama määrä ja tyyppisiä lohkoja, asiantuntijat uskovat, että molemmilla puolilla olevilla lohkoilla voi olla hieman erilainen rooli hallitsevissa prosesseissaan. Tämä usko perustuu ensisijaisesti erilaisiin oireisiin, joita on havaittu tietyn vasemman pallonpuoliskon lohkon vaurioitumisen yhteydessä, kun sama oikea aivopuolisko on loukkaantunut.
Vaikka aivopuoliskot ovat fyysisesti erillisiä ja niillä on taipumus hallita eri prosesseja, ne eivät ole täysin riippumattomia toisistaan. Ne on liitetty keskelle hermosäikeiden nipun kautta, jota kutsutaan corpus callosumiksi. Näin aivopuoliskot voivat kommunikoida ja jakaa tietoja keskenään, mitä he tekevät säännöllisesti.