Istnieją trzy części mózgu, które są najważniejsze dla kinestetycznego i umiejętnego uczenia się. Zwoje podstawy, kora mózgowa i móżdżek odgrywają równie ważną rolę w zdolności do uczenia się nowych umiejętności i ich opanowania.
Zwoje podstawy to zbiór zwojów (skupisk neuronów), które leżą u podstawy przodomózgowia. Zwoje podstawy otrzymują informacje z innych części mózgu, takich jak hipokamp i obszary korowe, które wysyłają wiadomości o świecie zewnętrznym. Większość z tych wiadomości ma charakter sensoryczny, co oznacza, że dana osoba fizycznie odczuwa. Zwoje podstawy następnie interpretują te informacje i wysyłają je do wzgórza i pnia mózgu, które odgrywają dużą rolę w ruchu fizycznym. Dlatego zwoje podstawy są początkiem procesu dla kogoś, kto uczy się przez działanie, aby reagować wizualnie na bodźce wokół niego. Ważne jest, by po opanowaniu danej umiejętności ćwiczyć ją. Może to zmienić sposób, w jaki obwody zwojów podstawy uczestniczą w wykonywaniu tej umiejętności, a plastyczność synaptyczna jest podstawowym mechanizmem neuronalnym umożliwiającym takie zmiany. Im więcej osoba ćwiczy, tym większą plastyczność rozwija.
Kora mózgowa to tkanka mózgowa pokrywająca górę i boki mózgu u większości kręgowców. Jest ona zaangażowana w przechowywanie i przetwarzanie danych sensorycznych i ruchowych. W ludzkim mózgu, kora mózgowa jest w rzeczywistości arkuszem tkanki nerwowej o grubości około 1/8 cala. Arkusz ten jest złożony tak, że może zmieścić się wewnątrz czaszki. Obwody neuronalne w tym obszarze mózgu rozszerzają się wraz z wykonywaniem danej czynności, podobnie jak plastyczność synaptyczna wzrasta wraz z praktyką. Wyjaśnienie niektórych mechanizmów uczenia się przez neuronauki zostało przyspieszone, częściowo dzięki pojawieniu się nieinwazyjnych technologii obrazowania, takich jak pozytonowa tomografia emisyjna (PET) i funkcjonalny rezonans magnetyczny (FMRI). Technologie te pozwoliły badaczom na bezpośrednią obserwację procesów uczenia się u ludzi. Dzięki tego typu technologiom jesteśmy obecnie w stanie zobaczyć i zbadać, co dzieje się w procesie uczenia się. W różnych przeprowadzonych testach obrazowany mózg wykazywał większy przepływ krwi i aktywację do tego obszaru mózgu, który był stymulowany poprzez różne czynności, takie jak stukanie palcami w określonej sekwencji. Ujawniono, że proces na początku nauki nowej umiejętności przebiega szybko, a później zwalnia aż do niemalże plateau. Proces ten może być również określany jako prawo uczenia się. Wolniejsze uczenie się pokazało w badaniu FMRI, że w korze mózgowej właśnie wtedy zachodzi długotrwałe uczenie się, co sugeruje, że zmiany strukturalne w korze mózgowej odzwierciedlają wzmocnienie pamięci umiejętności podczas późniejszych etapów szkolenia. Kiedy osoba uczy się umiejętności przez dłuższy czas, ale w krótszym okresie czasu, uczy się szybko, ale również zachowuje informacje w pamięci krótkotrwałej. Tak jak w przypadku nauki do egzaminu; jeżeli uczeń próbuje nauczyć się wszystkiego w nocy przed egzaminem, to na dłuższą metę nie będzie się to trzymało kupy. Jeśli dana osoba uczy się danej umiejętności przez krótszy czas, ale częściej i bardziej długofalowo, jej mózg zachowa te informacje znacznie dłużej, ponieważ są one przechowywane w pamięci długotrwałej. Funkcjonalne i strukturalne badania mózgu ujawniły ogromne powiązania między różnymi regionami kory mózgowej. Na przykład, duża liczba aksonów łączy tylne obszary sensoryczne obsługujące wzrok, słuch i dotyk z przednimi obszarami motorycznymi. Stała komunikacja między czuciem a ruchem ma sens, ponieważ aby płynnie poruszać się w środowisku, ruch musi być stale zintegrowany z wiedzą o otoczeniu uzyskaną dzięki percepcji zmysłowej. Kora mózgowa odgrywa rolę w umożliwieniu człowiekowi wykonania tego zadania.
Móżdżek jest krytyczny dla zdolności człowieka lub zwierzęcia do regulowania ruchu. Ten obszar mózgu owija się wokół pnia mózgu i jest bardzo gęsto upakowany neuronami i połączeniami neuronowymi. Ta część mózgu bierze udział w określaniu czasu, jak również w ruchu. Pomaga w przewidywaniu zdarzeń, zwłaszcza w tworzeniu, wykonywaniu i czasie reakcji uwarunkowanych. Móżdżek odgrywa bardzo ważną rolę we wszystkich formach kinestetycznego uczenia się i funkcji motorycznych. Dla baletnicy ważna jest możliwość kontrolowania swoich ruchów i odmierzania czasu w celu wykonania rutyny. Dla piłkarza ważne jest, aby być w stanie regulować ruchy podczas biegania rzucania, a także być w stanie mieć kontrolę nad tym, gdzie piłka idzie, jak również czas tego.
Wszystkie trzy z tych ważnych systemów w mózgu funkcjonują razem jako zespół, jeden nie jest ważniejszy od drugiego. Pracują razem, aby umożliwić reagowanie na zdarzenia zmysłowe, timing, kontrolowanie działań fizycznych, i więcej. Należy jednak pamiętać, że jeśli dana osoba nie będzie aktywnie ćwiczyć, te części mózgu nie pomogą jej w osiągnięciu pełnego potencjału. Zmiany w mózgu, które zachodzą podczas uczenia się, wydają się sprawiać, że komórki nerwowe stają się bardziej wydajne i silniejsze. Badania wykazały, że zwierzęta hodowane w złożonych środowiskach mają większą ilość naczyń włosowatych na komórkę nerwową, a zatem większy dopływ krwi do mózgu, niż zwierzęta hodowane w klatkach, niezależnie od tego, czy żyły same, czy z towarzyszami. Ogólnie rzecz biorąc, badania te przedstawiają zaaranżowany wzór zwiększonej pojemności w mózgu, który zależy od doświadczenia.
.