No interior do mesencéfalo é possível observar uma cavidade preenchida por líquor, que faz parte do sistema ventricular, denominada III ventrículo.

Utilizando como referência o aqueduto cerebral, o mesencéfalo pode ser divido em duas regiões, o teto mesencefálico (posterior) e os pedúnculos cerebrais (anteriores).

O mesencéfalo é bastante uniforme quando observado em corte transversal, tendo como único acidente anatômico mais importante o aqueduto cerebral.

Os colículos são estruturas arredondadas presentes na região ventral do mesencéfalo, sendo que os colículos inferiores participam da via auditiva e os colículos superiores participam da via óptica.

Diferentemente da ponte e do bulbo, não emergem nervos cranianos a partir do mesencéfalo.