Les hémisphères cérébraux sont les parties droite et gauche du cerveau. Ce sont deux structures quasi symétriques qui sont reliées entre elles par des fibres nerveuses que sont le corps calleux et les commissures. Du fait de la décussation des voies nerveuses, chaque hémisphère reçoit des informations sensorielles et commande les réponses motrices de la moitié opposée (dite controlatérale) du corps.
Chez l'humain, mais aussi chez de nombreuses autres espèces, les hémisphères ne sont pas parfaitement symétriques. Le langage en particulier, est principalement traité dans l'hémisphère gauche qu'on appelle alors hémisphère dominant (mais ce n' est pas systématique, car dans 3 % des cas, le langage est traité par l'hémisphère droit ). De nombreuses autres fonctions cognitives présentent une asymétrie cérébrale. Par exemple, les aptitudes visuo-spatiales ( comme la rotation mentale) sont souvent mieux réalisées par l'hémisphère droit, de même la perception des visages semble davantage liée à l'hémisphère droit. À l'inverse, les processus impliqués dans la numération impliquent l'hémisphère gauche plus que le droit.
Roger Wolcott Sperry ( Prix Nobel de physiologie ou médecine en 1981) et Michael Gazzaniga ont démontré que les hémisphères cérébraux humains séparés (par callosotomie) pouvaient fonctionner de façon indépendante et aboutir à des raisonnements distincts à partir des informations auxquelles chacun de ces hémisphères avait accès. Sperry a même émis une hypothèse très débattue selon laquelle il y aurait des personnalités ou des formes de consciences distinctes au sein de chaque hémisphère.
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