目前普遍认为脑干网状结构、丘脑和大脑皮层在维持意识方面起着极其重要的作用，意识障碍的发生机制实质上就是网状结构-丘脑-大脑皮层系统发生器质性损伤、代谢紊乱或功能性异常的机制。
脑干网状结构(brain stem reticular formation)由交织成网状的神经纤维和穿插其间的神经细胞组成，是保证大脑清醒状态的结构基础。意识的维持和意识障碍的发生均与脑干网状结构密切相关，网状结构的上行激动系统(ascending reticular activating system，ARAS)与上行抑制系统(ascending reticular inhibiting system，ARIS)之间的动态平衡及其与大脑皮层的相互联系决定意识水平。ALIAS的投射纤维终止于大脑皮层广泛区域的各细胞层，其主要作用是维持大脑皮层的兴奋性，以维持觉醒状态和产生意识活动。由于ARAS在网状结构中多次更换神经元，通过的突触及牵涉的神经递质非常多，极易受到致病因素的影响而导致意识障碍。ARIS神经元发出的上行纤维走行与ARAS大体一致，最终向大脑皮层投射，其主要功能是对大脑皮层的兴奋性起抑制作用。
丘脑(thalamus)由许多核团组成，丘脑核团可分为特异性丘脑核和非特异性丘脑核，特异性丘脑核组成丘脑特异性投射系统，向大脑皮层传递各种特异性感觉信息。非特异性丘脑核接受脑干网状结构上行纤维并向大脑皮层广泛部位投射，终止于大脑皮层各叶和各层，构成非特异性投射系统，参与维持大脑皮层觉醒状态。动物实验证明，此系统被破坏时，动物可长期处于昏睡状态。
大脑皮层(cerebral cortex)由神经元、神经胶质及纤维组成，是有机体全部功能活动的最高调节器。清晰的意识首先要求大脑皮层处于适当的兴奋状态，这种适宜的兴奋性要有脑干网状结构上行激动系统的支持，还取决于大脑皮层本身的代谢状态，尤其是能量代谢状态。多种因素可影响脑的能量代谢(例如脑缺血、缺氧，生物氧化酶系受损等)，导致大脑皮层功能低下而发生意识障碍，重者发生昏迷。
综上所述，意识的维持乃是脑干网状结构-丘脑-大脑皮层之间相互密切联络的功能活动的结果。网状结构主要与觉醒状态相关，而大脑皮层与意识内容相关。大脑皮层是完整意识的高级中枢，但大脑皮层须在皮层下觉醒机制的支持下方能正常工作。