Som en del av det centrala nervsystemet är grå substans gjord av cellkroppar, speciellt cellkropparna av neuroner, en neurofil, gliaceller och dendriter. Till skillnad från vit substans finns denna typ av hjärnmateria i områden av hjärnan som involverar muskelkontroll. Det finns också bland hjärnområden som styr en persons uppfattning, till exempel hur saker ses eller hörs eller bildandet av minnen. Tal och känslor påverkas också till stor del av grå substans.
Grå substans finns i flera delar av hjärnan. Det kan hittas på ytorna av hjärnbarken och lillhjärnan. Denna typ av materia finns också djupt inne i storhjärnan. I mitten av ryggmärgen finns både grå och vit substans, men grått är dominerande.
Den primära funktionen av grå substans är att bära sensorisk information som kommer från grå substans celler och sensoriska organ. Denna information skickas sedan till de områden i hjärnan som bearbetar sensorisk information. Intelligens och skicklighet tillskrivs ofta denna hjärnmateria, till stor del för att den täcker så mycket av hjärnan. Dessutom har studier visat att varje person har olika mängder och densitet av denna hjärnmateria, vilket ofta visar högre koncentrationer i områden som är relaterade till specifika intellektuella aspekter eller behärskning av färdigheter.
Tidigare studier antydde att storleken på en persons hjärna inte har någon relation till intelligensnivåer. Medan större hjärnor fanns hos försökspersoner med högre intelligenskvot (IQ), var den ökade IQ inte tillräckligt signifikant. Nyare forskning har visat att IQ-tester kan aktivera flera gråa områden i hjärnan. Detta innebär att även om en person kan visa styrkor och svagheter inom specifika områden av intelligens, så härrör både styrkorna och svagheterna från en kombinerad volym och aktivitetsnivå genom det individuella mönstret av materia i hela hjärnan.
Även om större koncentrationer av grå substans kan beteckna intelligens och skicklighet, kan små koncentrationer och brister leda till problem. Med äldre människor, till exempel, har studier visat att korttidsminnet påverkas när mängden grå substans minskar med åldrandet. Studier har också visat att skillnader i gråsubstansvolym också kan vara associerade med vissa psykologiska störningar, såsom bipolär sjukdom. För vissa psykologiska störningar visar bevis på att patienter kan ha brist på grå substans i regionen av den vänstra parietalloben. Svårighetsgrad och varaktighet bestäms dock ofta av materiavolymen i den högra frontala gyrusdelen av hjärnan.