通过取材局部脑组织进行病理检查的一种方法，以达到帮助诊断的目的。但其远不如肌肉活组织检查或神经活组织检查应用的广泛。
早在1930年，L.艾森哈特（Louise Eisenhardt）和H.库欣（Harvey Cushing）首先开始进行脑活检，并且将其作为一种可靠的临床诊断方法来确诊脑部疾病。1937年。D.S.拉塞尔（D.S.Russell）等介绍了涂片技术在脑活检中的应用，从此该技术被广泛推广应用。
脑活检取材的途径取决于病变的部位。较浅的、靠近皮层的病变可采用颅骨环钻钻孔后切开脑膜，然后锥形切取脑组织；也可先用小颅钻钻孔，然后穿刺采取脑标本。脑深部病变则通常是经由神经外科医生开颅手术切取标本或立体定向穿刺活检，而立体定位穿刺活检包括有框架立体定向活检，其可对病灶进行精确定位，创口较小，但不能实时跟踪手术操作和显示病灶及周围组织结构；另一种则为无框架立体定向活检，可在术中进行定位、定向，操作更为准确，且不需佩戴头架，更适用于老人及儿童。近年来，随着影像学的发展，可结合影像学技术如高分辨率磁共振成像（high resolution magnetic resonance imaging; HRMRI）、磁共振波谱影像（magnetic resonance spectroscopy; MRS）、功能磁共振（functional magnetic resonance imaging; fMRI）、正电子发射计算机断层显像（positron emission tomography; PET）等精确定位行脑组织穿刺活检，从而使结果更为准确，并发症也更少。同时，机器人立体定向手术辅助系统（Robotized Stereotactic Assistant）下活检术更为精确、安全、省时，是一种新的选择。脑活检后的标本根据需要进行特殊处理，可制成冷冻切片、石蜡包埋切片、厚涂片及电镜标本制备等，然后经过不同的染色技术（组织学染色方法和免疫组织化学染色方法）标记特异性抗原显示病变，通过观察标本内异常的细胞聚集或细胞膜改变而诊断。还可从脑活检组织中分离病毒或检测病毒抗原，应用聚合酶链反应（polymerase chain reaction; PCR）检测病毒特异性DNA或原位杂交技术确定病毒的类型，是颅内病变早期可靠的诊断方法。活检术后，一般需对患者神经系统功能进行评估，明确是否存在相关并发症。
脑活组织检查主要用于临床上怀疑为亚急性硬化性全脑炎，遗传代谢性脑病如脂质沉积病、黏多糖沉积病和脑白质营养不良等，阿尔茨海默病（Alzheimer disease; AD）、克罗伊茨费尔特-雅各布病（简称克-雅病，Creutzfeldt-Jakob disease; CJD）、海绵状脑白质营养不良（Canavan disease; CD）和亚历山大病（Alexander disease; AXD），艾滋病（AIDS）患者出现神经系统症状而影像学检查无法确定及经验治疗失败需指导进一步诊疗者，肿瘤、颅内感染以及经电子计算机断层扫描（CT）或磁共振成像（MRI）检查证实的占位性病变，但性质不能肯定者等。但脑活检为创伤性检查，存在造成如功能障碍等严重后果（例如其取活检部位的瘢痕可能会造成术后癫痫的发生）的风险，因此必须权衡利弊后再作决定，特别是脑功能区则更应慎重。