De hersenstam vormt de verbinding tussen het ruggenmerg en de hersenen. De hersenstam is relatief klein (te vergelijken met een volwassen duim), maar uitermate belangrijk. Het belang van de hersenstam wordt duidelijk uit dierproeven: een dier zonder ruggenmerg, grote of kleine hersenen blijft in leven zolang de hersenstam onbeschadigd is. De hersenstam regelt namelijk vitale functies, zoals ademhaling, lichaamstemperatuur, zweten, rillen, bloeddruk, slapen en waken. Bij het slapen en waken (het alert zijn) speelt de diep in de hersenstam gelegen reticulaire formatie een belangrijke rol. Ook regelt de hersenstam beschermende functies voor het lichaam: speekselafscheiding, knipperen van het oog (waardoor de oogbol bevochtigd wordt), slikken, en hoesten bij verslikken. Een beroerte in de hersenstam heeft grote gevolgen en kan leiden tot verschillende syndromen, waaronder het syndroom van Wallenberg en het ‘locked-in’-syndroom.
