大脑中动脉是颈内动脉的直接延续，在脑部血液循环中扮演重要角色。它负责为大脑半球外侧面的大部分区域提供血液供应，大约为大脑半球表面的 2/3 区域供血。
为大脑皮层供血方面的作用
大脑中动脉发出众多分支，分布到大脑额叶、顶叶、颞叶等重要的大脑皮层区域。这些分支能够将富含氧气和营养物质的血液输送到相应的皮层部位，保障大脑皮层正常的神经功能活动。例如，额叶部分与人体的认知、情感、运动的高级调控等功能相关，大脑中动脉为其供应血液，维持额叶正常的神经传导和信息处理等功能；顶叶涉及躯体感觉等功能，大脑中动脉的供血保证顶叶能正常接收和处理躯体感觉信息。
参与大脑的神经传导和信息处理
大脑中动脉供应的区域是大脑进行神经传导和信息处理的关键部位。它所供应的区域参与了各种复杂的神经活动，如语言功能相关区域（大脑中动脉供血的额叶、颞叶部分区域参与语言的理解、表达等）、感觉整合区域等。通过为这些区域提供充足的血液，确保神经细胞之间的信号传递能够顺利进行，维持大脑正常的认知、感觉、运动等多方面的功能协调。
在脑部血液循环侧支循环中的作用
当颅内其他血管出现狭窄或堵塞等情况时，大脑中动脉可以在一定程度上通过侧支循环来代偿供血。例如，当颈内动脉发生部分狭窄时，大脑中动脉可以与其他动脉的侧支循环建立联系，补充缺血区域的血液供应，在一定程度上维持脑部的血液灌注，避免因局部缺血导致严重的神经功能损伤。不过，这种侧支循环的代偿能力是有限的，如果病变严重，仍可能导致相应供血区域出现缺血性损伤，如脑梗死等情况，影响患者的神经功能，出现肢体运动障碍、语言障碍、认知障碍等一系列症状。