Kurzdefinition: Das Mittelhirn ist der oberste Abschnitt des Hirnstamms. Seine Regionen liegen um das Aquädukt, ein mit Hirnflüssigkeit gefüllter Kanal. Prominente Strukturen sind das Mittelhirndach und die Mittelhirnhaube, wo etwa optische Reize verarbeitet werden. Es hat auch eine wichtige Funktion in der Embryonalentwicklung.
Das Mittelhirn (Mesencephalon) zählt mit Brücke und verlängerten Mark zum untersten und ältesten Gehirnabschnitt, dem Hirnstamm. Es liegt als 1,5 cm langes Mittelstück zwsichen Brücke und Zwischenhirn. Das Mittelhirndach dient dabei als optisches und akustisches Reflexzentrum. Die Hirnstiele des Mittelhirns stellen wichtige Hauptverbindungswege zwischen höheren und tiefergelegenen Hirnteilen und dem Rückenmark dar. Weiters liegen im Mittelhirn Kerngebiete des extrapyramidalen Systems: „Schwarze Substanz“ und „Roter Kern“ sind Schaltzentren, die reflexartig Bewegungen von Augen, Kopf und Rumpf auf optische und akustische Eindrücke abstimmen.
Das Mittelhirn schließt sich nach hinten an das Zwischenhirn an und enthält eine Reihe wichtiger Kerngebiete. Durch diesen Gehirnteil laufen alle auf- und absteigenden Nervenbahnen. Ihm schließt sich das Rautenhirn (Rhombencephalon) an, das mit dem verlängerten Mark (Medulla oblongata) in das Rückenmark übergeht und dem das Kleinhirn (Cerebellum) angeschlossen ist.