Monimutkainen valtimojärjestelmä toimittaa aivoille happea, jota se tarvitsee toimiakseen. Sisäiset kaulavaltimot ja selkärangat ovat aivojen tärkeimmät verisuonet, jotka toimittavat verta aivoihin. Nämä valtimot muodostavat ympyrän, joka tunnetaan Williksen ympyränä, joka on nimetty sen löytäneen brittiläisen lääkärin Thomas Willisin mukaan. Willisin ympyrä sijaitsee aivojen juurella, jossa siihen liittyy muita aivojen aluksia. Tämä valtimojärjestelmä on suunniteltu siten, että jos yhdessä valtimossa on tukos, verenvirtaus voidaan ohjata muihin valtimoihin.
Sisäiset kaulavaltimot tarjoavat verta aivojen etuosaan. Vasen sisäinen kaulavaltimo tuottaa verta aivojen vasempaan osaan ja oikea sisäinen kaulavaltimo oikeaan osaan. Kun jokainen sisäinen kaulavaltimo tulee kalloon, se jakautuu kolmeen haaraan, jotka yhdistävät etu -aivovaltimon, keskiaivovaltimon ja posteriorisen kommunikoivan valtimon.
Etu -aivovaltimo tarjoaa verta otsalohkoihin. Etulohko on aivojen osia, jotka ohjaavat persoonallisuutta, loogista ajattelua ja vapaaehtoista liikettä. Keskimmäinen aivovaltimo toimittaa verta aivojen etu-, parietaalisten ja ajallisten lohkojen osiin. Tämä verisuonten alue liittyy käden, käsivarren, kurkun ja kasvojen aistien ja motoristen toimintojen toimintaan, ja se vaikuttaa puheeseen.
Takaosan kommunikoiva valtimo toimittaa verta ajalliseen ja niskakyhmyyn. Ajallinen lohko ohjaa muistia, kieltä ja kuulokäsittelyä. Niskakyhmy ohjaa näköä ja vastaa tehtävistä, kuten motorisesta havainnosta, alueellisesta käsittelystä ja värierottelusta.
Nikaman valtimot yhdistyvät basilaarisiin valtimoihin. Nämä aivojen verisuonet toimittavat verta aivorungolle, aivojen takaosaan ja osaan pikkuaivoista. Aivovarsi koordinoi liikkeitä kehon vasemmalla ja oikealla puolella. Aivot liittyvät harkintaan, havaintoon, päätöksentekoon, ajatteluun ja mielikuvitukseen, ja pikkuaivo hallitsee tasapainoa ja liikettä.
Aivot tarvitsevat jatkuvaa verenvirtausta pitääkseen kudoksensa terveinä ja tukemaan hermoston toimintaa. On arvioitu, että aivot käyttävät noin 25 prosenttia kehon hapesta ja lähes 20 prosenttia verestä. Toisin kuin muut kehon kudokset, aivot eivät voi varastoida polttoainetta, joten ne tarvitsevat jatkuvaa glukoosin saantia, jota jatkuva verenkierto voi tarjota. Aivojen verisuonet kiertävät verta kaikkialla aivoissa varmistaakseen, että kaikki sen hermot ja solut saavat tarvitsemansa ravintoaineet.