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모든 자극에 대해 반응이 없고, 호흡을 비롯하여 스스로의 움직임이 전혀 없으며, 뇌파검사에서 30분 동안 반응을 잴 수 없는 비가역적인 뇌의 손상을 의미하고, 저체온이나 약물중독 등이 원인이 아니어야 한다.

사람의 죽음은 일반적으로 심장과 폐 기능이 영원히 멈춘 것(심폐기능종지설)으로 정의되었으나 최근에는 뇌사도 사망의 정의에 포함시키려 하고 있다.

뇌는 크게 나누어 대뇌·소뇌·뇌간으로 이루어져 있다. 대뇌는 운동과 감각을 다스리고 정서 감정에 참여하며 학습이나 기억·언어행동 등 고도의 정신활동이 이루어지는 곳이다.

소뇌는 신체평형·자세조정·운동조절을 담당한다. 뇌간은 대뇌와 척수 사이에 자리잡아 대뇌와 전신에 퍼진 말초신경계를 오가는 신경충격의 통로가 된다. 또한 운동을 조절하며 많은 자율신경 반사중추를 지니고 있어 항상성과 생명유지에 필수적인 부위이다. 특히 뇌간의 아래쪽에 있는 숨골(연수)에는 호흡중추와 심장혈관중추가 있어 이 부위가 기능을 잃으면 호흡운동이 완전히 멈추고 혈압도 떨어진다. 그렇지만 폐가 가스교환 기능을 지니고 있으면 인공호흡기를 비롯한 의료기술로 계속 숨쉴 수 있고, 심장도 자율성이 있으므로 뛰는 상태를 유지할 수 있다.

따라서 뇌가 기능을 잃은 상태에서도 몸에 있는 다른 장기들은 아직 생명활동을 건강하게 유지할 수 있다. 이처럼 뇌간을 비롯한 모든 뇌가 돌이킬 수 없도록 기능을 잃어도 심장이 아직 뛰고 있는 상태를 뇌사라고 한다.

사람의 몸은 여러 단계의 구조가 복잡하게 연결되고 서로 조화를 이루고 있으므로 개체의 죽음을 간단하게 진단하기란 쉽지 않다. 생명의 기본단위인 세포들이 모여 조직을 이루고, 조직은 모여 기관을, 기관은 모여 계통을 만든다. 이러한 여러 단계의 구조가 조화롭게 활동하여 제 기능을 나타내야 비로소 사람이 살아 있다고 할 수 있고, 모든 기능을 완전히 잃어버리면 죽었다고 할 수 있다.

생물학적으로 죽음이란 순간에 생기는 사건이 아니라 어느 기간에 걸쳐 일어나는 과정이다. 그래서 이제까지 의료인들은 생명을 유지하는데 가장 바탕이 되는 기관이 기능을 멈추는 시기(기관의 죽음)를 사람이 죽은 시기로 삼았다. 중요한 기관의 죽음으로 개체의 죽음을 진단할 때 사용되는 것이 뇌·폐·심장이다. 이들 3개 기관 가운데 하나가 기능을 멈추면 곧이어 다른 2개 기관도 기능을 잃게 되고, 몸의 다른 기관이나 세포들도 죽어, 결국 사람이 죽게 된다.

폐와 심장의 기능이 멈추는 것은 비교적 쉽게 알 수 있지만, 뇌의 기능은 매우 복잡하여 그 기능이 완전히 멈추는 것을 알기 어렵다. 더욱이 폐에 직접 병이 없으면 숨을 멈추는 일은 대개 뇌간에 있는 호흡중추의 마비 때문이다. 따라서 호흡을 맡은 폐와 혈액순환을 맡은 심장이 죽으면 사람의 죽음으로 진단했다. 폐와 심장의 기능이 멈추면 기간은 다르지만 곧 다른 기관이나 세포도 반드시 죽게 되므로 그 판단은 바른 것이었다.

최근에는 발달한 의학 덕분에 폐와 심장이 제 기능을 하지 못해도 인공호흡기와 같은 기계나 약물로 심장이 뛰고 숨을 쉬는 뇌사상태를 유지할 수 있게 되었다.

현재의 의료기술은 대개 1개월 이내로 뇌사상태를 유지할 수 있지만 결국은 폐와 심장의 기능도 나빠져 인공적으로 유지할 수 없는 상태가 되고 만다. 죽는 과정을 늘일 뿐 결국 사망할 것이므로 뇌사도 개체의 죽음에 포함하여 진단하자는 주장이 뇌사설(腦死說)이다. 이렇게 주장하는 목적은 첫째, 불필요한 의료로 가족이나 사회에 경제적인 부담과 정신적인 고통을 줄이자는 것이고, 둘째는 사람은 죽었으나 아직 건강한 기관을, 그 기관만 망가져 건강을 잃게 된 환자에게 이식해 다른 생명을 구하자는 것이다.

뇌사를 진단하는 일은 달리 정한 엄격한 기준에 따라야 하며, 뇌사상태를 유지하거나 진단할 수 있는 시설과 전문의사를 지닌 의료기관에서만 할 수 있다.

특히 식물인간상태와 구별해야 한다. 식물인간상태란 대뇌가 기능을 잃어 깊은 혼수를 보이는 것은 뇌사상태와 같지만, 뇌간이 살아 있어 반사기능이 있고, 스스로 숨쉴 수 있는 상태이며, 더욱이 회복할 수도 있어 뇌사와는 엄연히 다른 것이다. 뇌사를 개체의 사망으로 판단하기에는 진단이 어렵고, 심장이 뛰는 사람을 선뜻 죽었다고 받아들이기도 쉽지 않으나, 기준을 엄격히 정한다면 목적이 인도적이기 때문에 뇌사도 사망의 정의에 포함하자는 의견이 지배적이며 이를 법으로 정한 나라도 많아지고 있다.