Sur le plan anatomique le cervelet se compose de trois parties, le vermis (ou lobe moyen du cervelet) et deux lobes symétriques latéraux. Le cervelet se situe dans la fosse postérieure sous la tente du cervelet et sous le lobe occipital et en arrière du tronc cérébral. Il est protégé par l'arrière du crâne, essentiellement par l'os occipital.
Le cervelet est relié au tronc cérébral par trois paires de pédoncules cérébélleux, une paire supérieure, une moyenne et une inférieure. Le cervelet constitue le toit du quatrième ventricule.
Le cervelet reçoit vascularisation par l'intermédiaire de trois artères :
Le cervelet est impliqué dans le calcul des mouvements, la mesure du temps, et diverses autres fonctions motrices et cognitives.
Le cervelet distingue les sensations provenant d'actions du sujet de celles qui proviennent de l'extérieur. Dans le cas de sensations ayant pour cause un comportement volontaire, le cervelet serait capable d'inhiber l'activité du cortex somatosensoriel. Ainsi, il y a sensation mais elle est ignorée. Cette inhibition dure cependant assez peu : elle serait de l'ordre de un cinquième de seconde. Le cervelet présente 3 parties : archéocerebellum,le paléocerebellum et le néocerebellum qui est très développé chez l'Homme.
Les lésions du cervelet entrainent de nombreux troubles généralement résumés par le syndrome cérébélleux. Paul Schilder (médecin, psychiatre et philosophe) a notamment traité de ces questions et a montré comment des atteintes au cervelet perturbe la manière dont nous voyons notre corps. Les patients ont en effet tendance à sous-estimer leur poid, à imaginer qu'ils bougent un membre alors que celui-ci reste immobile ou à percevoir leur corps comme trop léger et prêt à s'envoler. Les différentes causes de lésions sont nombreuses avec au premier rang, l'intoxication alcoolique et les états carentiels qui découlent d'une intoxication chronique. Toute atteinte brutale du cervelet chez l'adulte doit faire rechercher une lésion métastatique, les états ischémiques du cervelet étant l'une des localisations les moins fréquentes d'accidents vasculaires cérébraux.