Banyak orang menganggap otak sebagai satu massa. Namun, jika dilihat secara langsung, orang dapat melihat bahwa sebenarnya ada garis yang membentang di tengah, yang pada dasarnya membelah otak menjadi dua bagian. Bagian ini dikenal sebagai belahan otak. Secara umum, belahan kanan mengontrol sisi kiri tubuh dan sebaliknya. Setiap sisi otak juga memiliki proses otak tertentu yang sebagian besar bertanggung jawab untuk mengendalikan. Dalam setiap belahan, ada juga beberapa bagian yang lebih kecil, yang disebut lobus, yang berhubungan dengan spesialisasi lebih lanjut. Sementara belahan otak berbeda dalam beberapa hal, mereka terhubung satu sama lain dan berbagi informasi.
Secara umum, masing-masing belahan otak mengontrol sisi tubuh yang berlawanan. Misalnya, impuls saraf yang diperlukan untuk menggerakkan tangan kanan biasanya datang dari sisi kiri otak. Demikian pula, setiap sisi otak biasanya memproses informasi sensorik untuk sisi tubuh yang berlawanan. Misalnya, jika kaki kiri digigit anjing, impuls rasa sakit yang dibuat oleh saraf di kaki akan dikirim ke otak kiri.
Proses otak tertentu juga sering secara dominan, meskipun tidak harus secara eksklusif, ditangani oleh masing-masing hemisfer. Belahan kiri, misalnya, umumnya bertanggung jawab atas bahasa dan perincian logis informasi, sedangkan sisi kanan umumnya bertanggung jawab atas kesadaran spasial dan mengevaluasi situasi keseluruhan berdasarkan potongan informasi yang lebih kecil. Kerusakan yang terjadi pada satu belahan otak, seperti pada kasus stroke, dapat membuat perbedaan ini menjadi jelas. Misalnya, stroke di belahan kiri dapat membuat seseorang tidak dapat berkomunikasi dengan jelas.
Belahan otak juga mengandung area khusus terpisah yang disebut lobus. Setiap lobus umumnya bertanggung jawab untuk proses khusus lebih lanjut. Misalnya, lobus frontal sering mendominasi kontrol emosi, sedangkan lobus oksipital umumnya bertanggung jawab atas penglihatan. Sementara setiap belahan memiliki jumlah dan jenis lobus yang sama, para ahli percaya bahwa lobus di setiap sisi mungkin memiliki peran yang sedikit berbeda untuk dimainkan dalam proses dominan mereka. Keyakinan ini terutama didasarkan pada pola gejala yang berbeda yang telah diamati ketika lobus belahan kiri tertentu rusak versus ketika lobus belahan kanan yang sama rusak.
Meskipun belahan otak secara fisik terpisah dan cenderung memiliki kontrol dominan atas proses yang berbeda, mereka tidak sepenuhnya independen satu sama lain. Mereka terhubung di tengah melalui seikat serabut saraf yang disebut corpus callosum. Hal ini memungkinkan belahan otak untuk berkomunikasi dan berbagi informasi satu sama lain, yang merupakan sesuatu yang mereka lakukan secara teratur.