Із третього мозкового міхура (mesencephalon) розвивається середній мозок. До нього належать ніжки мозку і покрив середнього мозку. Порожниною є водопровід мозку (Сільвія), який сполучає ІІІ шлуночок із IV. Покрив складається із двох верхніх і двох нижніх горбиків, які, відповідно, є підкірковими центрами зору та слуху.
На поперечному розрізі середнього мозку можна бачити покрив і ніжки мозку. Ніжки мозку складаються із покришки і основи, між якими знаходиться чорна речовина (інтернейрони з пігментом). Через основу ніжок проходять пірамідні провідні шляхи та шляхи, що з’єднують кору великих півкуль з ядрами моста і мозочка. Покришка містить сіру і білу речовини. Сіра речовина — це червоне ядро, сітчаста речовина і ядра III та IV пар черепномозкових нервів. Біла речовина представлена волокнами висхідних (чутливих) шляхів, які тут утворюють медіальну та латеральну (слухову) петлі.
Середній мозок виконує рефлекторну функцію. На рівні горбиків покриву середнього мозку здійснюються орієнтовні зорові та слухові рефлекси. І.П. Павлов образно назвав ці рефлекси вартовими або рефлексами «Що таке?». Вони проявляються у повороті голови, тулуба, очей у напрямку до зорового або звукового подразника, що раптово з’явився. При цьому рефлекторно відбувається перерозподіл м’язового тонусу.
Особливої уваги при розгляді рефлекторних функцій середнього мозку заслуговує децеребраційна ригідність — різке підвищення тонусу м’язів-розгиначів кінцівок, голови і тулуба при перетині мозку (в експерименті) під червоними ядрами. Якщо таку тварину поставити на лапи, то вона буде стояти, як іграшкова: кінцівки витягнуті, голова закинута назад, хвіст піднятий. Явище децеребраційної ригідності свідчить про роль червоних ядер у регуляції м’язового тонусу. Червоні ядра по червоноядерно-спинномозкових шляхах активують мотонейрони м’язів-згиначів.
Функція «чорної субстанції» зв’язана з регуляцією міміки, допоміжних рухів (рухів рук під час ходьби), тонких рухів пальців руки. Функціонально «чорна субстанція» пов’язана з базальними ядрами мозку. Від ядер III і IV пар черепномозкових нервів відходять гілки, що іннервують м’язи очей. На рівні ядер окорухового нерва замикається парасимпатична рефлекторна дуга зіничного рефлексу, через яку опосередковується звуження зіниці.
