Головной мозг имеет пять отделов:
передний мозг;
промежуточный мозг;
средний мозг;
мозжечок;
продолговатый мозг.
У рыб хорошо развиты промежуточный и средний мозг, а также мозжечок. Передний мозг развит слабее, чем у вышестоящих классов животных.
Каждый отдел мозга выполняет свои функции. В разных отделах мозга находятся различные центры: в переднем — обоняния, контроля поведения животного и рефлексов; в среднем — зрения, в мозжечке — координации движений и равновесия, в продолговатом — слуха и осязания, а также центры регуляции дыхания, кровообращения, пищеварения.
Продолговатый мозг постепенно переходит в спинной мозг, представляющий собой длинный белый тяж. Он располагается в канале позвоночника. Этот канал образован отверстиями позвонков, соединённых друг с другом.
Передній мозок складається з теленцефалону (кінцевого мозку) та діенцефалону (проміжного мозку). На ростральному (передньому) кінці теленцефалону розташовані нюхові цибулини, котрі отримують сигнали від нюхових рецепторів. У нюхових долях знаходяться нейрони (складові нюхового нерва, або І пари черепно-мозкових нервів), що під'єднуються до нюхових регіонів теленцефалону, які також називаються нюховими долями. Нюхові луковиці звичайно збільшені у риб, що активно використовують нюх, наприклад, у акул.