注意的生理機制是很複雜的，它與腦幹網狀結構、邊緣葉和大腦額葉等腦組織密切聯繫。首先注意與覺醒狀態密切相聯繫，腦幹上部組織和中腦網狀結構在覺醒狀態中起著重要的作用。實驗表明，在中腦部位切斷腦幹或破壞腦幹網狀結構而保留感覺上行特異傳導通路，動物就陷入沉睡狀態。臨床上，腦幹上部損傷的患者出現睡眠或夢樣狀態，選擇性注意嚴重障礙。因此，腦幹網狀結構的上行激活系統被認為是保證覺醒和注意的最泛化狀態的腦結構。
大腦的激活狀態是選擇性注意的必要條件。選擇性注意必須有更高位的腦組織──邊緣葉和大腦額葉的參與。邊緣葉中的海馬和尾狀核稱為是有機體實現選擇性注意的重要器官，即像“過濾器”那樣，抑制無關的習慣化的刺激的信號進入大腦，而對新的有意義的刺激作出反應。大腦額葉的作用是直接參與主動注意和集中注意。