Информация в мозг кошки поступает посредством желёз и других органов чувств, которые вырабатывают гормоны. Мозг перерабатывает эти химические сигналы и посылает соответствующие команды через нервную систему к отдельным участкам её тела. Не смотря на то, что вес мозга обычно не превышает 1% веса общей массы тела кошки, его работа сопровождается большим расходом энергии. Именно поэтому в мозг поступает около 20% крови от общего кровообращения.
Головной мозг кошки состоит из миллиарда нейронных клеток, каждая из которых имеет до 10 тысяч связей с другими такими же клетками. К примеру, у котёнка в возрасте семи недель сообщения между клетками передаются со скоростью 386 км/ч. С возрастом скорость передачи таких сообщения постепенно снижается.
Чисто анатомически мозг кошки похож на мозг других млекопитающих. За двигательную активность животного, а также за координацию всех мышц животного отвечает часть мозга, называемая мозжечком. Полушария мозга отвечают за эмоции, обучение и поведение кошки. Через ствол головного мозга осуществляется связь с периферической нервной системой животного. Соединятся полушария мозга мозолистым телом. Спинной мозг отвечает за обмен информацией головного мозга со всеми частями тела. К примеру, теменная доля мозга обрабатывает информацию, которая поступает от органов чувств кошки, а затылочная часть отвечает за осязательные и зрительные сигналы. Обонятельная луковица мозга кошки обрабатывает запахи.
Поведение кошки зависит от работы височной доли мозга. Она же отвечает за память животного. Общий ритм жизнедеятельности, периоды бодрствования и сна регулируются шишковидной железой, которая вырабатывает гормон мелатонин. Гипоталамус отвечает за центральную нервную систему, также за выработку различных гормонов. Гормон окситоцин, например, стимулирует процесс родов и выделение грудного молока. Контроль за произвольными движениями лежит на лобной доле. Гипофиз головного мозга вырабатывает гормон роста. Интересно, что вырабатывается он у котят только в процессе сна, именно поэтому сон для кошки особенно важен в первые месяцы её жизни.