Anatomicznie móżdżek ludzki to oddzielna struktura umocowana do podstawy mózgu, schowana pod półkulami mózgowymi. Jego korę charakteryzują drobno rozmieszczone równoległe szczeliny, uderzająco kontrastujące z szerokimi, nieregularnymi zakrętami kory mózgu. Te równoległe szczeliny ukrywają fakt, że kora móżdżku stanowi w rzeczywistości ciągłą warstwę tkanki ciasno pofałdowanej w stylu przywodzącym na myśl akordeon. W obrębie tej cienkiej warstwy wyróżnia się kilka typów neuronów o wysoce regularnym rozmieszczeniu. Za najważniejsze uważa się komórki Purkiniego i komórki ziarniste. Ta złożona organizacja umożliwia masywną zdolność przetwarzania sygnałów, ale prawie cały sygnał wyjściowy z kory móżdżku biegnie przez grupę niewielkich jąder, zanurzonych w istocie białej wnętrza móżdżku.
Poza bezpośrednią rolą w kontroli ruchu móżdżek jest niezbędny w kilku rodzajach motorycznego uczenia się, z czego najistotniejsze jest uczenie się korygowania w reakcji na zmiany w koordynacji senso-motorycznej. Kilka modeli teoretycznych skonstruowano celem wyjaśnienia kalibracji senso-motorycznej w terminach plastyczności synaptycznej w móżdżku.