Som kroppens övriga delar får hjärnan sin energi från blodets syre och näringsämnen, men den kräver mycket mer än alla andra organ och vävnader. I vila pumpar hjärtat ut cirka 750 ml blod per minut, och hela 15 procent av det går till hjärnan, trots att denna bara utgör cirka två procent av vår vikt.
Hjärnan använder en femtedel av det syre som kroppen tar upp från luften, och behovet är i stor sett det samma, oavsett om vi sover eller är klarvakna – oberoende av intellektuell aktivitet. Allt efter vad vi gör fördelas dock blodet i hjärnan genom utvidgning och sammandragning av artärerna.
Knyter man till exempel höger hand, ökas tillförseln av blod till det motoriska centrum på hjärnans vänstra sida, och vid läsning skickas mer blod till de hjärncentra som sköter synen och uppfattningen av språk. Tillförseln av blod regleras mycket snabbt.
Mängden blod till de enskilda delarna av hjärnan kan mer än fördubblas på ett par sekunder, om aktiviteten i nervcellerna i området plötsligt ökar. Hjärnan behöver konstant tillförsel av syre och näring i form av sockerarten glukos.
Avbryts hjärnans blodförsörjning, förlorar man medvetandet inom 5–10 sekunder, eftersom cellernas ämnesomsättning genast stoppas på grund av syrebrist.