脑干网状结构与皮质和间脑互相影响，维持觉醒状态。网状结构的上行激活系统维持大脑皮质的觉醒状态，该系统包括脊髓网状纤维，脑神经和感觉核传入网状结构的纤维，脑干网状结构内侧区、蓝斑和网状丘脑纤维，丘脑前核群、板内核群、中线核群和丘脑皮质纤维。上行网状抑制系统与上行网状激动系统的动态平衡决定着睡眠-觉醒周期的变化。上行网状抑制系统的解剖学基础为延髓孤束核周围和脑桥下部网状结构内侧区，刺激该区可迅即入睡，出现慢波脑电图。

全身四种唤醒反应都需要通过脑干网状结构：①皮质唤醒反应；②情感唤醒反应，通过网状结构至边缘系统的投射；③自主性唤醒反应，通过网状结构与下丘脑联系；④脊髓唤醒反应，通过网状脊髓束提高肌张力。

上行网状激动系统和上行抑制系统与大脑皮质相互影响，决定着意识的各个水平。从昏迷、木僵、睡眠、困倦、松弛的心境到觉醒、注意、有效的知觉、辨认，以及准备给予适当的反应，都属于意识的不同水平。例如，摇篮中的婴儿催眠入睡，可能是通过前庭网状结构联系实现的；教师枯燥的讲课使学生打瞌睡，可能是通过皮质网状抑制通路实现的。重复单调的阈下刺激可抑制脑干网状结构，阈上刺激可兴奋网状结构产生唤醒反应。

皮质网状联系参与辨认和注意机制，有选择地忽略其他种类的刺激。例如，在热烈而嘈杂的宴会上，人们从中辨认出朋友熟悉的说笑声。

脑干网状结构向下丘脑-边缘系统的投射，可能参与时空性辨认、认知性映射、探究、学习与记忆、情感变化等高级神经活动。这些高级神经活动，涉及许多神经递质的交互作用。当手术或药物改变网状结构功能状态时，上述功能多会发生改变。