Mnogi ljudje mislijo o možganih kot o enotni masi. Ko gledamo neposredno, pa lahko vidimo, da je po sredini pravzaprav črta, ki v bistvu deli možgane na dve polovici. Te polovice so znane kot hemisfere možganov. Na splošno desna hemisfera nadzoruje levo stran telesa in obratno. Vsaka stran možganov ima tudi določene možganske procese, za katere je pretežno odgovorna. Znotraj vsake hemisfere je tudi več manjših odsekov, imenovanih lobusi, ki so povezani z nadaljnjo specializacijo. Čeprav so možganske poloble na nek način različne, so med seboj povezane in si delijo informacije.
Na splošno vsaka hemisfera možganov nadzoruje nasprotno stran telesa. Na primer, živčni impulzi, potrebni za premikanje desne roke, običajno prihajajo iz leve strani možganov. Podobno vsaka stran možganov običajno obdeluje senzorične informacije za nasprotno stran telesa. Na primer, če pes ugrizne levo nogo, bodo impulzi bolečine, ki jih ustvarijo živci v nogi, poslani na levo stran možganov.
Nekatere možganske procese pogosto pretežno, čeprav ne nujno izključno, obvladuje vsaka od hemisfer. Leva hemisfera je na primer na splošno odgovorna za jezik in logično razčlenitev informacij, desna stran pa je na splošno odgovorna za prostorsko zavedanje in vrednotenje celotne situacije na podlagi manjših informacij. Poškodbe, ki jih povzroči ena možganska polobla, na primer v primeru možganske kapi, lahko naredi te razlike očitne. Na primer, možganska kap na levi hemisferi lahko povzroči, da oseba ne more jasno komunicirati.
Hemisfere možganov vsebujejo tudi ločena specializirana področja, imenovana režnji. Vsak reženj je na splošno odgovoren za nadaljnje specializirane procese. Na primer, čelni reženj pogosto prevladuje nad nadzorom čustev, medtem ko je okcipitalni reženj na splošno odgovoren za vid. Medtem ko ima vsaka polobla enako število in vrsto režnjev, strokovnjaki verjamejo, da imajo režnji na vsaki strani lahko nekoliko drugačne vloge v svojih prevladujočih procesih. To prepričanje temelji predvsem na različnih vzorcih simptomov, ki so bili opaženi, ko je določen reženj leve hemisfere poškodovan, v primerjavi s tem, ko je poškodovan isti reženj desne poloble.
Čeprav so hemisfere možganov fizično ločene in imajo ponavadi prevladujoč nadzor nad različnimi procesi, niso popolnoma neodvisne ena od druge. Na sredini so povezani preko snopa živčnih vlaken, imenovanih corpus callosum. To omogoča možganskim hemisferam, da komunicirajo in si izmenjujejo informacije, kar redno počnejo.