脑部的血液供应极为丰富，主要来自两侧的颈动脉和椎一基底动脉系统。颈动脉系统主要通过颈内动脉、大脑中动脉和大脑前动脉供应大脑半球前3/5部分的血液。椎一基底动脉系统主要通过两侧的椎动脉、基底动脉、小脑上动脉、小脑前下及后下动脉和大脑后动脉供应大脑半球后2/5部分，生脑后半部、脑干和小脑的血液。两侧大脑前动脉由前交通动脉互相沟通，大脑中动脉和大脑后动脉由后交通动脉互相沟通，在脑底形成脑底动脉环（willis环）。脑部这一环状的动脉吻合对颈动脉与椎一基底动脉两大供血系统之间，特别是两侧大脑半球血流供应的调节和平衡及病态时对侧支循环的形成极为重要。
由于颈内动脉、椎一基底动脉以及由它们的主干和分支构成的脑底动脉环均位于脑的腹侧面，因此，供应脑部的动脉都是由脑的腹侧绕到背侧，其分支大体上可分为中央和皮层支两类，中央支主要发自脑底动脉和大脑前、中及后动脉近侧端，它们垂直地穿入脑实质，供应间脑、纹状体和内囊、称为深穿动脉。各中央支之间虽有结构上的吻合，但由于机能性的关闭而往往起不到侧支循环的作用，故认为是一种机能性终动脉。这些细小动脉的-支被阻塞后，其分布区即将发生梗死软化。皮质支在进入软脑膜处时先形成一个广泛的血管吻合网，再发出细小动脉分枝，垂直入脑，分布于脑皮质和白质。由于皮质支之间吻合极其广泛，且其机能开发较快，故当一小支动脉被阻塞时，其邻支的血液可予某种程度的代偿，故局灶性神经损害范围比受损动脉供应区为小。
脑是神经系统的高级中枢，其代谢活动特别旺盛，并完全依赖着血液循环的连续供应。正常人脑的重量约为1.400克，占体重的2%。为了维持其正常机能和代谢，不管是在睡眠、觉醒、安静或活动时，机体始终保持着相对恒定的脑血液循环，即成年人脑组织每100g每分需氧42-53ml和葡萄糖75-100mg。在正常氧分压和葡萄糖含量下，要求有750-100ml/1分的血液进入脑血液循环，约占总输出量的1/5。故24小时内，成人通过脑的血液总量可达1.438L、耗氧72L、葡萄糖144g。由此可知，脑血液循环的需要量是极大的。当心脏停搏后脑电活动可迅速消失；若供血连续停止30秒则神经细胞代谢受累，2分钟后则代谢停止，5分钟后神经细胞开始死亡，大脑皮质开始出现永久性损害，10-15分钟后小脑出现永久性损害，20-30分钟后延脑的呼吸、血管运动中枢开始出现不可逆的损害。