Sudėtinga arterijų sistema aprūpina smegenis deguonimi, reikalingu joms veikti. Vidinės miego arterijos ir slankstelinės arterijos yra pagrindinės smegenų kraujagyslės, tiekiančios smegenis krauju. Šios arterijos sudaro ratą, žinomą kaip Williso ratas, kuris pavadintas jį atradusio britų gydytojo Thomaso Williso vardu. Williso ratas yra smegenų apačioje, kur jį jungia kiti smegenų indai. Ši arterijų sistema sukurta taip, kad užsikimšus vienai arterijai, kraujotaka gali būti nukreipta į kitas arterijas.
Vidinės miego arterijos aprūpina krauju priekinėje smegenų dalyje. Kairysis vidinis miego arterija aprūpina krauju kairiąją smegenų dalį, o dešinė vidinė miego arterija aprūpina kraują dešinėje. Kai kiekviena vidinė miego arterija patenka į kaukolę, ji dalijasi į tris šakas, kurios jungiasi su priekine smegenų arterija, vidurine smegenų arterija ir užpakaline jungiančia arterija.
Priekinė smegenų arterija aprūpina krauju priekines skilteles. Priekinės skiltys yra smegenų dalys, kurios kontroliuoja asmenybę, loginį mąstymą ir valingus judesius. Vidurinė smegenų arterija aprūpina krauju priekinės, parietalinės ir smilkininės smegenų skilčių dalis. Ši kraujagyslinė teritorija yra susijusi su sensorine ir motorine plaštakos, rankos, gerklės ir veido veikla, turi įtakos kalbai.
Užpakalinė jungiamoji arterija tiekia kraują į smilkininę ir pakaušio skilteles. Laikinoji skiltis kontroliuoja atmintį, kalbą ir klausos apdorojimą. Pakaušio skiltis kontroliuoja regėjimą ir yra atsakinga už tokias užduotis kaip motorinis suvokimas, erdvinis apdorojimas ir spalvų atskyrimas.
Slankstelinės arterijos jungiasi prie baziliarinių arterijų. Šios smegenų kraujagyslės aprūpina krauju smegenų kamieną, užpakalinę smegenų dalį ir dalį smegenėlių. Smegenų kamienas koordinuoja judesius kairėje ir dešinėje kūno pusėse. Smegenys yra susijusios su sprendimu, suvokimu, sprendimų priėmimu, mąstymu ir vaizduote, o smegenėlės kontroliuoja pusiausvyrą ir judėjimą.
Smegenims reikalingas nuolatinis kraujo tekėjimas, kad jų audiniai būtų sveiki ir palaikytų nervų funkciją. Apskaičiuota, kad smegenys sunaudoja maždaug 25 procentus organizme esančio deguonies ir beveik 20 procentų kraujo. Skirtingai nuo kitų kūno audinių, smegenys negali kaupti kuro, todėl joms reikia nuolatinio gliukozės tiekimo, kurį gali užtikrinti nuolatinė kraujotaka. Smegenų kraujagyslės cirkuliuoja krauju smegenyse, kad visi nervai ir ląstelės gautų jiems reikalingas maistines medžiagas.