В соответствие с современной теоретической концепцией мозг рассматривается как многоуровневая, иерархически организованная система, состоящая из взаимосвязанных компонентов – мозговых структур. Начиная с И.М. Сеченова, в отечественной физиологии формировалось представление об интегративном системном характере деятельности мозга, в котором учитывалась и специфическая роль, отдельных структур, и их динамическое взаимодействие в целостном функционировании мозга как базы психических процессов. И.П. Павлов считал физиологической основой деятельности мозга временную связь, формирующуюся между нервными центрами при образовании условных рефлексов. А.А. Ухтомский на основе анализа простых моделей поведения подчеркивал динамический, не жестко обусловленный характер деятельности мозга и разработал представление о доминанте как физиологической основе психической деятельности. Ухтомский обращал внимание на тот факт, что нормальная деятельность мозга опирается не на раз и навсегда закрепленную статику мозговых структур как носителей отдельных функций, а на непрестанную межцентральную динамику нервных процессов на разных уровнях ЦНС. Тем самым подчеркивался не жесткий, а пластичный характер функциональных объединений, обеспечивающих конкретные виды деятельности мозга.
Положения о системной организации деятельности мозга получили дальнейшее развитие в теории функциональных систем П.К. Анохина. Функциональная система представляет собой объединение анатомически различных, определенным образом взаимодействующих элементов организма. Она может включать элементы, принадлежащие как одной физиологической системе или органу, так и разным (пространственная разнесенность компонентов). Одни и те же элементы могут входить в состав разных функциональных систем. Стабильность состава компонентов функциональной системы и характер их взаимодействия определяются видом реализуемой деятельности. Функциональные системы, обеспечивающие жизненно важные функции (дыхание, кровообращение), состоят из стабильных жестко связанных компонентов. Те же системы, которые обеспечивают осуществление сложных поведенческих реакций и психических функций, включают в себя как жесткие, так и в значительно большей степени гибкие, пластичные связи, что создает высокую динамичность и вариативность их организации в зависимости от конкретных условий и задач.
Основные положения физиологов о системной организации деятельности мозга тесно перекликаются с представлениями А.Р. Лурии об организации психических процессов. Согласно его представлениям, локализация психических процессов в коре головного мозга «не является устойчивой, постоянной, она меняется как в процессе развития ребенка, так и на последовательных этапах упражнения», т. е. имеет динамический характер. Эти представления легли в основу сформулированного А.Р. Лурией принципа динамической локализации психических функций.
Сложность и динамичность системной организации мозговой деятельности определяется высокой специализацией нервных элементов, с одной стороны, и широко развитой пластичной системой связей между ними – с другой.