Функционирование мозга на границе неравновесных фазовых переходов определяет некоторые его биохимические особенности. Концентрация нейромедиаторов в мозге больше, чем в других тканях. На биохимическом уровне в значительной степени определяется среднее число нейронов, возбуждаемых одним нейроном. От этого показателя зависит, будет ли мозг находиться в критическом, надкритическом или докритическом состоянии.

Имеет место высокая метаболическая активность и высокая интенсивность экспрессии генов. Высокая концентрация липидов в веществе мозга объясняется высокой интенсивностью энергетического метаболизма в мозге.

Мозг человека в пересчете на единицу массы потребляет в 16 раз больше энергии, чем мышечная ткань, У взрослого человека в состоянии покоя доля мозгового метаболизма составляет 20-30% всех энергетических потребностей организма, в то время как у других приматов 8-10%. В мозге имеет место также высокая чувствительность к кальциевой концентрации, который в качестве посредника запускает множество биохимических реакций.