Kaip ir didesnės smegenys, smegenėlės turi du pusrutulius. Smegenėlių pusrutuliai yra iš abiejų pusių mažo ploto, vadinamo vermiu, kuris skiria du pusrutulius viduryje. Kiekvienas iš smegenėlių pusrutulių dar padalintas į penkias skiltis. Gilios raukšlės smegenyse atskiria dešimt skilčių. Smegenėlės, esančios apatinėje galinėje smegenų dalyje, yra po smegenimis ir už tilto.
Iš išorės smegenėlių pusrutuliai išsiskiria įtemptomis, lygiagrečiomis raukšlėmis. Tai skiriasi nuo smegenėlių, kurios turi dideles paviršiaus raukšles, kurios atrodo susisukusios. Smegenėlių žievė iš tikrųjų yra vienas ištisinis smegenų audinio sluoksnis, sandariai sulenktas ant savęs. Nors smegenėlių pusrutuliai sudaro tik dešimt procentų smegenų tūrio, juose yra daugiau neuronų nei likusioje smegenų dalyje. Tai įmanoma dėl tvirtai sulenktos smegenėlių prigimties.
Giliai kiekviename smegenėlių pusrutulyje yra gilieji branduoliai. Visi išeinantys signalai siunčiami per šiuos branduolius. Smegenėlių pusrutulių žievė įvertina gaunamus pranešimus, perduodančius jutiminius ir kitus duomenis iš smegenų. Tikslų judesių derinimą koordinuoja ši smegenų dalis, kai gaunami jutimo pranešimai ir siunčiami signalai raumenims. Smegenėlių pažeidimas sukelia judesių koordinacijos ir laiko trūkumą bei kitas problemas, įskaitant kalbos sutrikimus.
Funkciškai smegenėlės yra padalintos į tris dalis. Pontocerebellum susideda iš didžiosios smegenėlių žievės dalies. Šios smegenėlių dalies pažeidimas paprastai parodomas kaip koordinacijos trūkumas toje pačioje kūno pusėje, kaip ir pažeidimas. Vestibulocerebellum sužalojimui ar ligai būdingas galvos svaigimas ir nekoordinuota eisena. Jei stuburo smegenų dalis yra pažeista alkoholio, traumos ar ligos, vaikščiojimas tampa stulbinantis ir pažeidžiama laikysena.
Keletas sutrikimų paveikia smegenis. Spinocerebellar ataksija yra degeneracinė genetinė būklė, kuriai būdingas laipsniškas koordinacijos praradimas. Priklausomai nuo konkrečios geno mutacijos, žinoma daugiau nei dešimt skirtingų spinocerebellar ataksijos tipų. Tyrimai atskleidė ryšį tarp autizmo ir smegenų pusrutulių dydžio sumažėjimo. Insultas ir smegenų sužalojimai taip pat turi įtakos smegenėlių veiklai ir sukelia judesių nekontroliavimą.