A atividade musical envolve e mobiliza várias áreas cerebrais, sendo os diferentes aspectos da música tratados em diferentes regiões neurais. Segundo Levitin (2010) o cérebro realiza a segregação funcional, o qual utiliza um sistema de detectores que analisam o sinal musical, como altura, andamento e timbre podendo ter pontos em comum com as operações de outros sons, como a fala, por exemplo.
A música afeta o funcionamento do cérebro, além de processá-la. Segundo Muszkat (2012, p. 68):
As alterações fisiológicas com a exposição à música são múltiplas e vão desde a modulação neurovegetativa dos padrões de variabilidade dos ritmos endógenos da frequência cardíaca, dos ritmos respiratórios, dos ritmos elétricos cerebrais, dos ciclos circadianos de sono-vigília, até a produção de vários neurotransmissores ligados à recompensa e ao prazer e ao sistema de neuromodulação da dor.
Ao fazer, ouvir e treinar música que seja prazerosa, aumentam a produção de neurotrofinas, que são responsáveis pela sobrevivência, desenvolvimento e função dos neurônios. Segundo Muszkat (2012) isso pode mudar os padrões de conectividade na plasticidade cerebral.
Segundo Levitin (2010) ao ouvir música estamos utilizando as estruturas subcorticais (abaixo do córtex) que são os núcleos cocleares, o tronco cerebral, o cerebelo, avançando para o córtex auditivo de ambos os lados do cérebro. Ao acompanhar uma música que já conhecemos ou conhecemos o ritmo dela, mobiliza o hipocampo, que é o centro da memória, subseções do lobo frontal, principalmente a região do córtex frontal inferior. Acompanhar o ritmo com as mãos ou mentalmente envolve os circuitos de regulação temporal do cerebelo. Ao reger, cantar ou tocar algum instrumento mobilizamos os lobos frontais no planejamento do comportamento e o córtex motor parietal e sensorial. A leitura de uma partitura, mobilizamos o córtex visual localizado no lobo occipital e relembrar letras de música mobiliza os centros da linguagem como Broca e Wernicke nos lobos temporal e frontal. As emoções, ao ouvir uma música, envolvem as regiões primitivas reptilianas do vermis cerebelar e amígdala.
Há uma grande distribuição funcional das atividades cerebrais ao ouvir música. Não há um único centro para a linguagem e nem para a música. Segundo Levitin (2010 p. 100): “O cérebro é um dispositivo que funciona eminentemente em regime de paralelismos, com uma ampla distribuição de operações”.
Segundo estudos preliminares, a arte e a música são processadas no hemisfério direito do cérebro e a linguagem e a matemática do lado esquerdo do cérebro. Porém, segundo Levitin (2010), em suas pesquisas no seu laboratório e dos seus colegas, a música é distribuída por todo o cérebro. Pessoas que sofreram danos cerebrais não conseguem ler um jornal, mas conseguem ainda ler música e outras que não conseguem abotoar o botão de uma camisa, ainda conseguem tocar piano.
Muszkat (2012) afirma que há uma especialização hemisférica para música, onde o hemisfério direito discrimina a altura dos sons, o conteúdo emocional e os timbres, localizados nos lobos temporais e frontais. No hemisfério esquerdo há a discriminação do ritmo, métrica e duração, analisando também os parâmetros rítmicos e de altura interagindo com as áreas da linguagem.
Estudos feitos com o cérebro de músicos e não-músicos, comprovaram diferenças neuroplásticas encefálicas em músicos. Baseado em Schlaug, Jazen (2006) em seus estudos afirma que as regiões temporais do hemisfério esquerdo, o corpo caloso e cerebelo dos que são musicais, são maiores em músicos. Além disso, os autores citados em seu estudo citam que a massa cinzenta do córtex motor, córtex auditivo e viso-espacial, também são maiores em músicos.
Boggio e Rocha (2013) em seu trabalho, também descrevem maior volume do córtex auditivo, maior concentração de massa cinzenta no córtex motor e maior corpo caloso. Ao ter coordenação motora fina e conseguir executar um instrumentar musical, conseguir ler uma partitura, entre outros, indicam a diferença no aumento de volume e tamanho nessas áreas do cérebro em músicos. Santos e Parra (2015, p. 3) afirmam que: “A música tanto afeta o cérebro como é afetada por ele, já que composições e interpretações musicais são frutos de planejamento, criatividade, sentimentos e inteligências, funções desempenhadas pelos lobos cerebrais, principalmente lobos frontais e pré-frontais”.