Il est situé dans la fosse crânienne postérieure, sous le cerveau et en avant du cervelet. Il est structurellement continu avec la moelle épinière, qui commence à la première racine spinale. Le tronc cérébral est relié au cerveau, via les pédoncules cérébraux du mésencéphale, et au cervelet, via les pédoncules cérébelleux supérieurs (mésencéphale), moyens (pont) et inférieurs (moelle allongée). C’est également le lieu d’émergence de dix des douze paires de nerfs crâniens(de la III^e paire à la XII^e).

Le tronc cérébral est oblique en haut et en avant, et se compose de haut en bas :

• du mésencéphale (pédoncules cérébraux, tegmentum et tectum) ;
• du pont (protubérance) ;
• de la moelle allongée.