人出生后腦神經細胞即停止分裂增長，20歲開始會逐漸衰老，每年喪失0.8%，且隨神經細胞的種類、存在部位等不同而選擇性地減少。60歲時大腦皮質神經和細胞數減少20%-25%，可能是老年癡呆、記憶力減退、失眠、不能控制情緒的主要原因；小腦皮質神經細胞減少25%，可表現為步態不穩、平衡能力下降等。70歲以上老人神經細胞總數減少可達45%，腦室擴大，腦膜增厚，脂褐素沉積增多，從而影響細胞的代謝和功能；腦動脈硬化，血液循環阻力增大，腦供血供氧減少，耗氧量降低，導致腦軟化。
大腦隨著年齡的增長，可在組織形態學和神經生化方面發生一系列的變化，這些組織形態及生化上的變化必然造成腦功能上的衰退，這些是腦老化的基礎。與“正常的腦老化”不同，一些老年人會出現病理性腦老化，即神經系統退變性疾病，最典型的疾病有阿爾茨海默病和帕金森病，出現異常時需積極進行規律治療。