小脑皮质的神经元有浦肯野细胞、颗粒细胞、星形细胞、篮状细胞和高尔基细胞5种，其中浦肯野细胞是唯一的传出神经元。小脑皮质由表及里呈现明显的3层，具体如下：
1、分子层：较厚，含大量神经纤维，神经元则少而分散，主要有两种。一种是小而多突的星形细胞，胞体分布于浅层，轴突较短，与浦肯野细胞的树突形成突触。另一种是篮状细胞，胞体较大，分布于深层，其轴突较长，向下层延伸，末端呈网状包裹浦肯野细胞胞体，与之形成突触。
2、浦肯野细胞层：由一层排列规则的浦肯野细胞胞体构成，它们是小脑皮质中最大的神经元。胞体呈梨形，顶端发出2-3条粗的主树突伸向分子层，主树突的分支繁密，如扁薄的扇形展开。树突上有许多树突棘。细长的轴突自胞体底部发出，离开皮质进入小脑白质，终止于其中的神经核。
3、颗粒层：含有密集的颗粒细胞和一些高尔基细胞。颗粒细胞胞体很小，呈圆形，有4-5个短树突，末端分支如爪状。轴突上行进入分子层后呈T形分支，与小脑叶片长轴平行，故称平行纤维。大量平行纤维垂直穿过一排排浦肯野细胞的扇形树突，与其树突棘形成突触。
一个浦肯野细胞的树突上可形成几十万个突触，所以每一个浦肯野细胞都处于很多颗粒细胞的影响之下。高尔基细胞胞体较大，树突分支较多，大部分伸入分子层与平行纤维接触，轴突在颗粒层内分支茂密，与颗粒细胞纤维的树突形成突触。