小脑表面有许多平行的横沟，把小脑分隔成许多小叶片。每一叶片表面是一层灰质，即小脑皮质，皮质下为白质（髓质）。小脑皮质从外到内明显地分3层：分子层、蒲肯野细胞层（梨状神经元层）、颗粒层。皮质内的神经元有星形细胞、兰状细胞、蒲肯野细胞（或称梨状细胞）、颗粒细胞和高尔基细胞5种。

1．分子层此层较厚，神经元较少，主要有两种。一种是小型多突的星形细胞，轴突较短，分布于浅层。另一种是兰状细胞，胞体较大，分布于深层，其轴突较长，与小脑叶片长轴成直角方向并平行于小脑表面走行，沿途发出许多侧支，其末端呈篮状分支包绕蒲肯野细胞的胞体并与之形成突触。

2．蒲肯野细胞层由一层蒲肯野细胞胞体组成。此种细胞是小脑皮质中最大的神经元，胞体呈梨形，从顶端发出2～3条粗的主树突伸向分子层，树突的分支繁多，形如侧柏叶状或扇形，铺展在与小脑叶片长轴垂直的平面上。轴突自胞体底部发出，离开皮质进入髓质，终止于小脑内部的核群。

3．颗粒层，此层由密集的颗粒细胞和一些高尔基细胞组成。颗细胞很小，胞体直径与淋巴细胞近似，有4～5个短树突，树突末端分支如爪状。高尔基细胞的胞体较大，树突分支较多，大部分伸入分子层与平行纤维接触，轴突在颗粒层内呈丛密分支，与颗粒细胞的树突形成突触。