很多人误以为只有身体才是运动的关键，但若要进行灵活的运动，脑中各个区域的运转是必不可少的。正是依靠作为司令塔的脑向肌肉发送适当的指令，我们才能够活动手脚。而且，相较于普通运动员，一流运动员的大脑使用更加高效。专业的足球运动员绝对可以说得上是腿部运动的高手，比如巴西国家队的内马尔就以灵巧而精确的带球过人而为人所赞叹。
通过研究，让包括内马尔在内的7名实验对象在脑中想象通过假动作带球过人的情景，并测定了他们的脑活动。结果显示，内马尔的脑中与运动相关的多个区域都开始活动。而对西班牙乙级联赛的职业足球运动员进行相同的实验时，则看不到内马尔脑中那样的活动。内马尔等人的脑活动中，除了从记忆中提取运动并实行的网络外，还有在选择与切换各种假动作时活动的网络和准备具体运动程序的区域在进行强烈的活动。
研究认为内马尔的脑中有各种各样假动作的运动程序，从而能够为适应不同的状况进行选择与切换，并有很强的将其实现的能力。在实际运动时，擅长运动的人的脑就能高效工作，这样才能进行准确而不拖泥带水的动作。跑动时，产生基本节奏的中枢是脑干和脊髓。最初是从初级运动区等大脑皮层的运动区发送运动的指令，一旦跑动起来，节奏的中枢就会发送信号，使跑动得以持续下去。
运动的指令会从初级运动区等处的神经元出发，沿脊髓向下，传递给运动神经元。运动神经元从脊髓延伸至肌肉，分别向所负责的肌肉传输指令。坐骨神经的运动神经元能长达1米，将指令一直传达到脚尖。运动神经元将来自脑的信号分发给肌肉。这些肌肉一旦接收到运动的指令后，就会根据脑干与脊髓的信号进行周期性的收缩。指令从初级运动区的神经元出发，通过作为电信号通道的轴突沿脊髓一路向下。
初级运动区的神经元会与将轴突延伸至肌肉的运动神经元相连。电信号到达运动神经元后，就会分别传向不同肌肉，引发收缩。抑制不需要的活动，完美地保持站或坐的姿势，这并非是理所当然的事情，而是人体出色运动机能的一部分。与这一机能相关的是大脑基底核。大脑基底核与皮层运动区等大脑皮层的多个区域相接，使得信号得以循环。这些循环起到发出运动指令的开关作用，并受大脑基底核的操控。
信号从皮层运动区进入到大脑基底核的壳核和尾状核及底丘脑核。大脑基底核有多条路径可以收发信号，信号会由苍白球的一部分与黑质的一部分发出，经由丘脑返回至皮层运动区。科学家们认为这一循环与运动的启动和停止机制有关。被称为肌张力障碍的运动障碍病症就是因为脑的问题所引起的，常发病于儿童期或30～50岁。患者身体会不受控制地不断扭曲，这是由大脑基底核负责的运动停止机能异常所引发的疾病。
相反，开关“开启”的机能出现异常的病症叫做帕金森病。主要发病于50～70岁，会致使身体运动减少。为了在摇晃的地铁上保持站立的姿势，我们就必须根据速度的变化和摇晃的方向取得细微的平衡；在行走时，为了不被障碍物绊倒，我们也会对落脚的位置进行适当的调整。像这种动作的微调，就是由小脑负责完成的。小脑会接收稍早的感觉信号与随后将要实行的指令，并会将它们回传给大脑。这时，就会对预测的指令进行微调。
小脑在最紧要关头对动作进行微调的能力是有个人差异的。比如说专业的棒球击球手可以在投手投出的球到达的最后0.4秒时调整球棒，这一秘密也许也在于小脑。刚开始学习棒球的时候，大家都会觉得自己的动作很不灵活，但在不断练习之后，我们就会渐渐掌握合适的姿势，也能够以更快的速度投球与挥棒了。一般来说像这样运动的学习，我们就是靠“身体来记住”的，而其关键就在于小脑的神经元。
小脑的体积不过脑整体的10%，但脑中的神经元大部分位于小脑。大脑皮层的神经元约为200亿个左右，而小脑的神经元可达700亿甚至1000亿个，其中大多数是很小的颗粒细胞，通过名为平行纤维的轴突与另一种名为浦肯野细胞的神经元相连，传输信号。小脑的神经回路不同于大脑皮层，非常薄，仅有3层。但是考虑到颗粒细胞的数量，足以弥补皮层较薄的缺点。
以棒球的挥棒击球为例，当挥空或是没能以球棒中心击中球时，脑干的一部分神经元会经由名为攀缘纤维的轴突将误差信号送至浦肯野细胞。来自下橄榄核的信号显示的就是运动的预测与结果之间的误差。接收到误差信号后，就会抑制来自平行纤维的不必要的输入，从而抑制多余的动作。这被认为是人能够做出流畅动作的机制。浦肯野细胞会从脑干下橄榄核伸展出的攀缘纤维接收表示预测与实际动作间差距的误差信号。
来自攀缘纤维的输入会抑制来自颗粒细胞平行纤维的输入，去除其信号从而抑制多余的动作。