Korteks serebelar adalah jaringan saraf tipis berwarna abu-abu yang membentuk lapisan luar serebelum. Cerebellum berada di dasar otak dan dianggap menguasai kontrol motorik halus. Sejak pengenalan teknologi pencitraan saraf baru pada akhir 1980-an dan awal 90-an, para ilmuwan telah mampu menyelidiki peran korteks serebelum di luar kendali motorik belaka. Hal ini diyakini secara luas untuk berpartisipasi dalam fungsi kognitif dan linguistik juga.
Otak kecil terselip tepat di bawah dua belahan otak besar, gundukan bulat berkerut yang kebanyakan orang anggap sebagai otak. Seperti otak besar, otak kecil membagi dirinya menjadi dua belahan dan ditutupi oleh lapisan luar jaringan saraf abu-abu yang keriput. Di otak kecil, jaringan ini disebut korteks serebelar. Berbeda dengan tampilan korteks serebral yang tidak teratur, lipatan korteks serebelar berjalan dalam jaringan alur paralel yang rapat.
Korteks serebelar terdiri dari tiga lapisan: stratum granulosum, lapisan ganglion dan stratum molekuler. Lapisan paling tebal dan paling dalam, stratum granulosum, dinamai berdasarkan sel-sel granul kecil yang mengisinya. Sel-sel ini sangat kecil dan berdesakan sehingga otak kecil mengandung lebih banyak neuron daripada gabungan bagian otak lainnya. Lapisan ganglion tengah terdiri dari badan sel purkinje, neuron besar yang bertanggung jawab atas sebagian besar aktivitas listrik di otak kecil. Stratum molekuler, lapisan molekul luar, terdiri dari dendrit pipih dari sel purkinje yang terhubung satu sama lain oleh susunan serat paralel yang luas.
Sebagai komponen serebelum terbesar dan paling kaya neuron, korteks serebelar memainkan peran integral dalam pengaturan motorik halus. Orang dan hewan dengan kerusakan serebelar masih dapat melakukan keterampilan motorik normal, tetapi mereka sering melakukan gerakan itu dengan cara yang lambat dan tersentak-sentak. Misalnya, ketika meraih suatu objek, seseorang dengan otak kecil yang berfungsi normal menggerakkan tangannya lurus ke arah objek tanpa ragu-ragu atau koreksi setelah gerakan dimulai. Seseorang yang memiliki kerusakan serebelar, bagaimanapun, menjangkau jauh lebih lambat dan dengan koreksi yang tidak menentu selama seluruh gerakan.
Pada awal 1990-an, teknologi pencitraan saraf baru memungkinkan untuk mempelajari peran korteks serebral dalam fungsi yang tidak terkait dengan sistem motorik. Bukti yang dikumpulkan dari penelitian di tahun-tahun berikutnya menunjukkan bahwa korteks serebelar juga berkontribusi pada kognisi, bahasa, dan emosi. Selain keanehan gerakan halus, orang yang memiliki kerusakan korteks serebelar melaporkan gangguan kemampuan multitasking, pemrosesan linguistik, dan suasana hati.