体循环中供给脑组织血液的另一极为重要的局部血管系统。脑的血液来自颈内动脉和椎动脉。左右两侧的椎动脉在脑桥腹部汇合成基底动脉，后者又与两侧的颈内动脉联通，形成大脑动脉环，再由此分支，分别供应脑的各部。脑的静脉先汇入位于硬膜间的静脉窦，再汇入两侧的颈内静脉，然后经上腔静脉回到右心房。脑的静脉不与动脉相伴行。脑的血液供应很丰富，脑血流量约占心输出量的13～16％。每百克脑组织的血流量为每分钟50～60毫升。由于脑位于颅腔内，使脑循环具有以下特点：（1）颅腔的容积相当固定，由脑、血管和脑脊液所充盈，故三者之和也相当固定。如果脑水肿或脑脊液容量增加，会导致颅内压升高，当颅内压超过30毫米汞柱（1毫米汞柱=0.133千帕），将明显增加脑血流阻力，从而减少脑血流量。另一方面，脑血管不能大幅度舒张，当脑的动脉舒张时，脑的静脉就相应收缩，使静脉血快速流出。（2）由于脑血管不能大幅度地舒张和收缩，故脑总血流量主要取决于动脉血压的高低。当动脉血压升高时，脑血流量增多；反之则减少。所以，动脉血压的相对恒定，对维持脑的正常血液供应，具有重要意义。（3）正常人脑血流量比较恒定，平均约为750毫升/分钟。不同机能状态下的脑总血流量变化幅度不大，仅增减30～50％。脑各部位的血流量与其机能活动有关，活动强的脑区，其血流量较其他脑区增多。脑血管主要受体液因素的局部调节，如缺氧、二氧化碳增多或pH值降低等，使脑血管扩张，血流量增多，其中以二氧化碳的作用最明显。脑血管受交感神经和副交感神经支配，但作用均不明显。
