La porzione superiore del mesencefalo è allungata in senso trasversale. La porzione anteriore è ancora una volta formata in gran parte dai peduncoli cerebrali, medialmente a questi si trova la sostanza nera, e quindi, ancora più mediale, il voluminoso nucleo rosso. Interposta tra i due nuclei rossi vi è l'area tegmentale mediale, che è da essi separata dalle fibre del nervo oculomotore, il cui nucleo si trova posteriormente e medialmente al nucleo rosso. Posteriormente a ciascun nucleo rosso decorre il fascicolo longitudinale mediale. Dietro il nucleo oculomotore si trova il nucleo di Edinger-Westphal e posteriormente a questo il grigio periacqueduttale con al centro l'acquedotto di Silvio. In direzione medio-laterale a partire dal grigio periacqueduttale si trovano il fascio spinotalamico e spinoreticolare, il lemnisco mediale, il corpo genicolato mediale ed il corpo genicolato laterale. Posteriormente al grigio periacqueduttale si trova il collicolo superiore.