ระบบที่ซับซ้อนของหลอดเลือดแดงจัดหาสมองด้วยออกซิเจนที่จำเป็นในการทำงาน แคโรทีนภายในและหลอดเลือดแดงกระดูกสันหลังเป็นเส้นเลือดหลักของสมองที่ส่งเลือดไปเลี้ยงสมอง หลอดเลือดแดงเหล่านี้ก่อตัวเป็นวงกลมที่รู้จักกันในชื่อ Willis 'circle ซึ่งได้รับการตั้งชื่อตาม Thomas Willis แพทย์ชาวอังกฤษผู้ค้นพบมัน วงกลมของวิลลิสตั้งอยู่ที่ฐานของสมองซึ่งมีการเชื่อมต่อกับเส้นเลือดอื่น ๆ ของสมอง ระบบหลอดเลือดแดงนี้ถูกออกแบบมาเพื่อให้หากมีการอุดตันในหลอดเลือดแดงหนึ่งการไหลเวียนของเลือดสามารถโอนไปยังหลอดเลือดแดงอื่น ๆ
หลอดเลือดแดงภายในให้เลือดไปยังด้านหน้าของสมอง Carotid ภายในด้านซ้ายให้เลือดไปทางด้านซ้ายของสมองและ carotid ภายในด้านขวาให้เลือดไปยังส่วนที่เหมาะสม เมื่อหลอดเลือดแดงภายใน carotid เข้าสู่กะโหลกศีรษะมันจะแบ่งออกเป็นสามกิ่งที่เชื่อมต่อกับหลอดเลือดสมองส่วนหน้า, หลอดเลือดสมองสมองกลางและหลอดเลือดแดงด้านหลัง
หลอดเลือดสมองส่วนหน้าให้เลือดไปที่ติ่งด้านหน้า สมองส่วนหน้าเป็นส่วนหนึ่งของสมองที่ควบคุมบุคลิกภาพการคิดอย่างมีเหตุผลและการเคลื่อนไหวโดยสมัครใจ หลอดเลือดสมองกลางส่งเลือดไปยังส่วนต่าง ๆ ของสมองส่วนหน้าขม่อมและสมองส่วนขมับ อาณาเขตของหลอดเลือดนี้เกี่ยวข้องกับประสาทสัมผัสและการเคลื่อนไหวของมือแขนคอและใบหน้าและมีผลต่อการพูด
หลอดเลือดแดงด้านหลังที่สื่อสารเลือดไปยังสมองกลีบขมับและท้ายทอย กลีบขมับควบคุมหน่วยความจำภาษาและการประมวลผลการได้ยิน กลีบท้ายทอยควบคุมการมองเห็นและรับผิดชอบงานต่าง ๆ เช่นการรับรู้ยนต์การประมวลผลเชิงพื้นที่และการเลือกปฏิบัติสี
หลอดเลือดแดงกระดูกสันหลังเชื่อมต่อกับเส้นเลือดใหญ่ เส้นเลือดในสมองเหล่านี้จ่ายเลือดไปที่ก้านสมองด้านหลังของสมองและส่วนหนึ่งของสมอง ก้านสมองประสานการเคลื่อนไหวทางด้านซ้ายและด้านขวาของร่างกาย มันสมองนั้นเกี่ยวข้องกับการตัดสินการรับรู้การตัดสินใจความคิดและจินตนาการและสมองน้อยนั้นควบคุมความสมดุลและการเคลื่อนไหว
สมองต้องการการไหลเวียนของเลือดอย่างต่อเนื่องเพื่อให้เนื้อเยื่อแข็งแรงและสนับสนุนการทำงานของเส้นประสาท มีการประเมินว่าสมองใช้ออกซิเจนประมาณ 25 เปอร์เซ็นต์ในร่างกายและเกือบ 20 เปอร์เซ็นต์ของเลือด สมองไม่สามารถเก็บเชื้อเพลิงได้ซึ่งแตกต่างจากเนื้อเยื่อร่างกายอื่น ๆ ดังนั้นจึงจำเป็นต้องมีการจัดหากลูโคสอย่างต่อเนื่องเพื่อให้การไหลเวียนโลหิตคงที่ เส้นเลือดสมองไหลเวียนไปทั่วสมองเพื่อให้แน่ใจว่าประสาทและเซลล์ทั้งหมดได้รับสารอาหารที่ต้องการ
