Väikeaju on aju üks väiksemaid osi, kuid sellel on roll paljudes erinevates vaimsetes ja füüsilistes protsessides. See ajuosa vastutab peamiselt teatud tüüpi liikumiste juhtimise, kuid mitte otseselt algatamise eest. Tasakaaluvõime ja kehahoiaku säilitamise võime on mõlemad väikeaju kõige olulisemad funktsioonid. Selle osad vastutavad ka paljude muude närviprotsesside eest või on nendega tangentsiaalselt seotud. Nende hulka kuuluvad õppimine ja sellega seotud kognitiivsed funktsioonid, samuti keskendumine ja reageerimine teatud keskkonnastiimulitele.
Struktuurselt meenutab väikeaju sekundaarset aju, mis on kinnitatud aju põhja. Üks laialdaselt aktsepteeritud viis väikeaju kohta näeb seda ette omamoodi paralleelse töötlemisseadmena, mis täidab teatud põhiülesandeid, kuid suhteliselt lineaarselt ja allutatud viisil. See ajuosa koosneb paljudest närvisegmentidest, millel kõigil on põhikonfiguratsioon. Iga segment võtab vastu palju erinevaid sisendeid, protsesse, mis sisestavad põhjalikult ja keeruliselt ning edastavad seejärel suhteliselt lihtsa väljundi. Seda tüüpi arvutamine ja töötlemine hõlbustab paljude rutiinsete, kuid ülioluliste ülesannete poolautonoomset käsitlemist.
Üks sellesse kategooriasse kuuluva väikeaju funktsioonidest on seotud tasakaaluga. Inimkeha peab püsti püsimiseks pidevalt tegema palju väikseid kohandusi. Nendega tegeleb suures osas väikeaju osa, mis töötleb tasakaalu, ilma et oleks vaja aktiivset mõtlemist.
Inimkeha tõhus ja ohutu liigutamine on samuti väga keeruline ülesanne. Väikeaju teine funktsioon on liikumisprotsessi abistamine. Väikeaju ei alusta liigutusi, vaid toimib omamoodi abilisena, et muuta liikumine sujuvamaks, kui seda algatavad teised ajuosad.
Liikumise protsess hõlmab pidevat tähelepanu keha hetkeasendile ja selle liikumissuunale. Terve väikeaju võimaldab sujuvaid ja sirgeid lihasliigutusi. Kahjustatud aju tekitab kohmakaid ja tõmblevaid liigutusi, kui kõrgem aju püüab liikumist suunata, mis on ülesanne, mille jaoks see ei sobi.
Väikeaju muud funktsioonid kasutavad tavaliselt ära selle võimet sortida ja töödelda teatud tüüpi teavet ning seejärel saata väljundit aju või närvisüsteemi piirkondadesse, kus see teave on kasulik. Väikeaju osaleb mitut tüüpi õppimises ja tundub olevat eriti oluline õppimises, mis nõuab liikumismustrites väikesi kohandusi. Väikeaju lisafunktsioonid on andmete edastamine sellistesse piirkondadesse nagu seedesüsteem või silmad vastusena keskkonnaärritele või muudele närvireaktsioonidele.