Simpanse memiliki otak sebesar sepertiga ukuran otak manusia. Sebagian besar perbedaan ini mencerminkan ekspansi evolusi dari neokorteks pada manusia, khususnya asosiasi korteks, sekelompok daerah yang mendukung fungsi kognitif canggih seperti bahasa, kesadaran diri, dan pemecahan masalah.

Manusia dan simpanse, bagaimanapun, berbagi banyak proses kognitif, komunikatif, dan emosional yang sama, berdasarkan kesamaan dalam struktur dan fungsi neurobiologis mereka. Simpanse memiliki periode perkembangan yang berkepanjangan antara kelahiran dan dewasa di mana sosialisasi terjadi dan struktur saraf dapat sangat dipengaruhi oleh lingkungan dan pembelajaran.

Selain itu, simpanse, seperti manusia, juga memiliki otak yang lebih besar dan lebih gyrifikasi daripada spesies primata lainnya. Ada beberapa fitur lain dari otak simpanse yang lebih mirip dengan manusia daripada primata lainnya, termasuk: 1) kemampuan untuk mendefinisikan secara morfologis area Broca dan Wernicke menggunakan landmark yang mirip dengan otak manusia; 2) distribusi padat neuron von Economo di cingulate anterior dan korteks frontoinsular; 3) tingkat konektivitas dan fungsi yang lebih kompleks dalam arcuate fasciculus (fasikulus arkuat ) dan sistem neuron cermin.