På latin betyder ordet cerebellum lille hjerne. Lillehjernen er det område af baghovedet, der kontrollerer bevægelseskoordination, balance, ligevægt og muskel tone. Ligesom hjernebark, består lillehjernen af hvid stof og et tyndt, ydre lag af tæt foldet gråt stof. Det foldede ydre lag af cerebellum (cerebellar cortex) har mindre og mere kompakte folder end dem i cerebral cortex. Lillehjernen indeholder hundreder af millioner neuroner til behandling af data. Det videregiver information mellem kropsmuskler og områder i hjernebarken, der er involveret i motorisk kontrol.
Lillehjernen kan opdeles i tre lobber, der koordinerer information modtaget fra rygrad og fra forskellige områder af hjernen. Den forreste lob modtager primært input fra rygmarven. Den bageste flamme modtager input primært fra hjernestamme og hjernebark. Den flokkulonodulære lob modtager input fra kraniale kerner i den vestibulære nerv. Den vestibulære nerve er en komponent i den vestibulocochlear kraniale nerv. Overførslen af nerve input og output signaler fra cerebellum sker gennem bundter af nervefibre kaldet cerebral peduncles. Disse nervebunter løber gennem
midthjernen forbinder forhjernen og baghjernen.Lillehjernen behandler information fra hjernen og perifere nervesystem til balance og kropskontrol. Aktiviteter såsom vandre, slå en bold og spille et videospil involverer alt sammen cerebellum. Lillehjernen hjælper os med at have finmotorisk kontrol, mens vi hæmmer ufrivillig bevægelse. Det koordinerer og fortolker sensorisk information for at producere fine motoriske bevægelser. Det beregner og korrigerer også oplysende uoverensstemmelser for at frembringe den ønskede bevægelse.
Beskadigelse af lillehjernen kan resultere i vanskeligheder med motorisk kontrol. Enkeltpersoner kan have problemer med at opretholde balance, rysten, mangel på muskeltonus, talevanskeligheder, mangel med kontrol over øjenbevægelse, vanskeligheder med at stå stående og en manglende evne til at udføre præcise bevægelser. Lillehjernen kan blive beskadiget på grund af en række faktorer. Giftstoffer, herunder alkohol, stoffer eller tungmetaller, kan forårsage skader på nerver i lillehjernen, der fører til en tilstand kaldet ataksi. Ataksi involverer tab af muskelkontrol eller koordination af bevægelse. Skader på lillehjernen kan også opstå som følge af slagtilfælde, hovedskade, kræft, cerebral parese, virusinfektion, eller degenerative sygdomme i nervesystemet.
Lillehjernen er inkluderet i opdeling af hjernen kaldes baghjernen. Baghjernen er opdelt i to underregioner kaldet metencephalon og myelencephalon. Lillehjernen og pons er placeret i den øverste del af baghovedet kendt som metencephalon. Sagittalt er ponsene forreste for lillehjernen og videregiver sensorisk information mellem cerebrummet og lillehjernen.