Det limbiske system har betydning for vores hukommelse og følelser. Det limbiske system ligger dybt i storhjernen på indersiden af tindingelappen og omfatter blandt andet hippocampus (latin for søhest) og amygdala. Amygdala har betydning for bearbejdning af følelser, f.eks. frygt. Man kan sige, at her ligger ”kæmp eller flygt”. Amygdala kan påvirke andre områder af hjernen, som blandt andet frigiver stresshormonet adrenalin ved frygt. Det giver kropslige reaktioner som hjertebanken, øget blodtryk og øget opmærksomhed. Amygdala har også betydning for de følelser, der tillægges sanseindtryk, inden de overføres til hukommelsen. Hippocampus er meget vigtig for indlæring af nye oplevelser og sanseindtryk, for uden hippocampus kan man ikke lagre ny information. Personer, som har fået skader på hippocampus i begge sider af hjernen, kan godt erindre begivenheder fra før skaden, men glemmer umiddelbart, hvad de modtager af ny information. Ved Alzheimers sygdom er manglende evne til at lagre ny information – altså det at huske – da også et af de mest karakteristiske og tidligste symptomer, fordi sygdommen starter i områderne omkring hipocampus.
De basale ganglier er en del af storhjernen og har betydning for vores kontrol af bevægelse og intellektuelle funktioner.
Dybt i storhjernen ligger afgrænsede strukturer, som er en del af de netværk, der forbinder hjernebarkområder med hinanden. De basale ganglier har også forbindelse med thalamus, en stor kerne af nerveceller, som er hjernens vigtigste omkoblings-center for de føleindtryk, der kommer til hjernen gennem nerverne i rygmarven.
De basale ganglier er tæt forbundet med blandt andet nerveceller, der producerer signalstoffet dopamin. Ødelægges disse nerveceller, som det sker ved Parkinsons sygdom, indtræder der en ubalance i de basale gangliers kontrol af bevægelserne, som bliver langsomme og stive. De langsomme og stive bevægelser, som blandt andet medfører en småtrippende gang og balanceproblemer, ses ved de demenssygdomme, der rammer de basale ganglier. Det drejer sig om Lewy Body demens, demens ved Parkinsons sygdom og de atypiske Parkinsons sygdomme.