중추신경계의 일부분으로 대뇌의 기능을 보조하여 자발적 운동의 조절과 평형을 유지하는 기관으로, 조화로운 운동을 가능하게 하고 우리 몸의 균형을 잡는데 중추적인 역할을 합니다.

뇌줄기의 후면에 자리잡고 있으며, 대뇌의 뒤통수엽 아래쪽에 위치하여 제4뇌실을 사이에 두고 뇌줄기와 붙어 있습니다.

소뇌는 뇌 전체 용적의 10% 정도를 차지하는데, 뇌 신경세포의 절반 이상이 소뇌에 밀집돼 있습니다. 대뇌의 좌우반구같이 소뇌도 좌우 두 부분으로 나뉩니다. 소뇌의 좌우 부위는 가느다란 중앙부에 의해 연결되어 각각의 다른 기능을 합니다.
소뇌의 내부 구조는 가장 바깥층에 신경 세포 집단인 소뇌 피질과 피질에서 나오는 신경 섬유 다발로 이루어진 소뇌 수질(백질)이 있습니다. 소뇌의 가장 안쪽 내부에는 소뇌핵이라는 신경 세포 덩어리가 존재합니다.
소뇌반구를 나누는 소뇌충부는 중앙에 명백하게 나뉜 부분이 없이 등뼈같은 융기를 가운데 두고 나뉘어져 있습니다.
푸르킨예세포는 소뇌피질에 존재하는 특이한 형태의 신경세포로, 수상돌기는 전나무 잎사귀 모양을 하고, 폭이 좁지만 넓게 퍼지는 형태를 이루고 있습니다. 단순한 형태에서 점차 복잡하게 발달하여 생후 1년 후에는 성인과 비슷한 형태로 발달합니다.

대뇌반구와는 달리 좌측 소뇌는 좌측 신체의 운동에 관여하고, 우측 소뇌는 우측 신체의 운동에 관여합니다. 이렇듯 소뇌반구는 팔과 다리의 운동기능을 통제합니다. 소뇌는 눈과 귀, 관절과 근육으로부터 몸의 각 부위가 어떤 자세를 취하고 있는지에 대한 감각신호를 받아들입니다. 이들 부위를 어떻게 움직여야 할지에 대한 대뇌피질의 운동신호도 소뇌로 들어옵니다. 소뇌 백질 깊은 곳의 뉴런이 모인 소뇌심부핵은 소뇌피질에서 내보내는 신호를 뇌줄기에 전달합니다. 소뇌는 두 정보를 종합하여 인접한 뇌줄기를 통해 근육에 운동신호를 내보냅니다. 이 역할을 소뇌의 가운데에 있는 소뇌충부가 합니다. 일련의 과정을 통하여 소뇌는 자세와 균형을 유지하고, 여러 근육이 효과적으로 협응하도록 통제하는 기능을 합니다. 소뇌는 운동행위를 정교한 피드백 시스템을 통해 획득하여 기억합니다. 

소뇌가 운동을 조절하는 방식은 두가지로 나뉩니다. 내이의 평형 감각 기관에서 오는 정보를 받아들여 몸의 중력, 가속도 변화 등 적절한 반사 운동을 하도록 조절하는 것입니다. 이러한 조절은 무의식적으로 행해집니다. 그리고 골격근에 의한 수의 운동을 실행할 때 근육의 수축 정도, 근육들의 협력을 조절하는 것입니다. 이 부분들이 손상을 받으면 비틀거리거나 손을 의도대로 뻗을 수 없는 소뇌성 운동 실조가 발생할 수 있습니다.

소뇌는 신경계에 영향을 미치는 바이러스나 질환에 의해서 손상을 받을 수 있습니다. 대표적인 예로 급성 소뇌성 운동실조증을 일으킬 수 있는 바이러스에는 수두, 엡스타인, 콕사키 바이러스 등이 있습니다. 세살 미만 어린이가 운동실조증에 걸릴 위험이 가장 높은데, 어린이에서는 바이러스 감염 후 수 주가 지나서 발생할 수도 있습니다. 
바이러스 감염에 의해 운동실조증이 나타났다면 치료없이도 수개월 이내에 저절로 치유됩니다. 그러나 다른 원인에 의한 운동실조증이라면 치료가 필요합니다. 재활보조기구를 사용하면 운동성을 회복하는데 도움이 될 수 있고, 물리치료, 언어치료, 식이 등 증상에 따른 치료 또한 병행합니다.
급성 소뇌성 운동실조증은 예방할 수 없지만 질환을 유발할 수 있는 바이러스 감염 예방을 위해 어린이의 예방접종은 필수적입니다.