Som den øvrige del af kroppen får hjernen sin energi fra blodets ilt og næringsstoffer. Men den er betydeligt mere krævende end de andre organer og væv. I hvile pumper hjertet ca. 750 ml blod ud i legemet pr. minut, og hele 15 procent af det går til hjernen, selv om den kun udgør cirka to procent af menneskets vægt.
Hjernen bruger en femtedel af den ilt, kroppen optager fra luften, og behovet er stort set ens, hvad enten vi sover dybt eller er lysvågne – uanset den åndelige aktivitet. Men alt efter, hvad vi laver, fordeles blodet i hjernen ved udvidelse og sammentrækning af pulsårerne.
Hvis man fx knytter højre hånd, øges tilførslen af blod til det motoriske center i venstre side af hjernen, og ved læsning sendes der mere blod til de hjernecentre, der har at gøre med synet og opfattelsen af sprog. Forsyningen med blod reguleres meget hurtigt.
Mængden af blod til de enkelte hjerneafsnit kan mere end fordobles i løbet af få sekunder, hvis aktiviteten i nervecellerne i området pludselig øges. Hjernen har brug for en konstant tilførsel af ilt og næring i form af sukkerstoffet glukose.
Hvis blodforsyningen til hjernen afbrydes, mister man bevidstheden i løbet af 5-10 sekunder, fordi stofskiftet i cellerne øjeblikkeligt standser pga. iltmangel.