A l'intérieur du crâne, l'encéphale (cerveau, cervelet et tronc cérébral), qui fait partie du système nerveux central, est protégé par les méninges, le liquide céphalo-rachidien et la barrière hémato-encéphalique.
Les méninges : elles sont composées de la «dure-mère» (membrane externe située juste contre le crâne. Elle fixe l'encéphale à la boîte crânienne), «l'arachnoïde» (membrane centrale qui forme comme une toile d'araignée remplie de liquide céphalo-rachidien) et la «pie-mère» (membrane interne, contre la substance nerveuse).
Le liquide céphalo-rachidien : on le trouve dans les cavités de l'encéphale et de la moelle épinière ainsi qu'à l'intérieur des méninges. C'est un liquide aqueux dans lequel flottent les structures nerveuses. Il joue un peu le rôle de coussin, d'amortisseur, tout en permettant aux cellules nerveuses de se nourrir.
La barrière hémato-encéphalique : elle agit comme un filtre. Elle laisse entrer les éléments essentiels à la survie de l'encéphale (oxygène, glucose…) et laisse sortir les déchets. Malheureusement, elle fait aussi souvent obstacle au passage de médicaments, d'anticorps…