Füsioloogia tuleneb ladinakeelsest sõnast physiologia, mis tähendab “loodusteadust”. Bioloogia alamvaldkond füsioloogia on elusorganite, nende osade ja funktsioonide uurimine. Seetõttu uurib ajufüsioloogia ajuga seotud funktsioone ja protsesse. Ajufüsioloogia hõlmab ka aju komponentide ning selle võimalike probleemide ja talitlushäirete uurimist.
Aju füsioloogia mõistmine eeldab aju osade mõistmist. Aju peamised osad on väikeaju, väikeaju ja ajutüvi. Suuraju on inimese aju suurim ja kõige arenenum piirkond ning sellel on kaks poolkera, mis on tähistatud paremale ja vasakule, ning hõlmab nelja paari sagaraid: eesmine, parietaalne, ajaline ja kuklaluu. Väikeaju on suuruselt järgmine piirkond. Ajutüvi on ühendus aju ja seljaaju vahel.
Teised ajufüsioloogia olulised elemendid on närvisüsteem ja limbiline süsteem. Kesknärvisüsteem (KNS), mis on närvisüsteemi suurim osa, hõlmab seljaaju ja aju. Käte, jalgade, elundite ja lihaste perifeersed närvid täidavad süsteemi. Limbiline süsteem on omavahel ühendatud ajustruktuuride kogum, mis hõlmab hipokampust ja amygdalat.
Ajufüsioloogia uuring näitab, et inimese aju vastutab üsna paljude inimkehas toimuvate funktsioonide eest. Kesknärvisüsteemi, mis hõlmab ka aju, võib pidada kogu närvisüsteemi ja keha juhtimis- ja töötlemiskohaks. Väikeaju lähedal asuvat limbilist süsteemi nimetatakse mõnikord “emotsionaalseks närvisüsteemiks” ja see on tihedalt seotud meie meeleolude ja tunnetega, kõrgemate vaimsete funktsioonide ja mälu kujunemisega. Väikeaju aitab graatsilist liikumist koordineerida. See aitab suuresti kaasa keha asendile ja tasakaalule. Lisaks aitab see kaasa motoorsele õppimisele.
Suuraju otsmikusagara on motoorse juhtimise, õppimise, planeerimise ja mõnede kõneelementide koht. Parietaalsagaras on somaatiliste sensoorsete funktsioonide kontrolli koht. Kuklasagaras kontrollitakse nägemist. Ja oimusagarates asuvad kuulmise ja muude kõneelementide juhtelemendid. Suuraju kaks poolkera vastutavad kumbki keha vastaspoole kontrollimise eest, seega juhib parema ajupoolkera motoorne juhtimine näiteks vasaku kehapoole motoorset aktiivsust. Üks poolkera on domineeriv, mis põhjustab enamikul juhtudel vastaskäe eelistamist, kuid vasak poolkera on üldiselt kõnet ja keelt kontrolliv pool, olenemata sellest, milline poolkera üldiselt domineerib.