Физиологически внимание обусловлено работой тех же самых нервных центров, с помощью которых осуществляются сопровождаемые вниманием психические процессы. Оно не имеет специального нервного центра для своего осуществления, тогда как зрительные, слуховые и другие ощущения и восприятия, а также движения связаны с деятельностью специальных участков коры больших полушарий головного мозга. При отсутствии абсолютно точной локализации психических функций все же можно сказать, что зрительные восприятия связаны с деятельностью иных участков коры головного мозга, чем слуховые, что движения рук и ног управляются иными центрами двигательного участка коры, чем речевые движения, и т. д.
В участках коры с оптимальной возбудимостью легко образуются новые условнорефлекторные связи и успешно вырабатываются дифференцировки. Этим объясняется ясность и отчетливость сопровождаемых вниманием психических процессов. Участки коры с оптимальной возбудимостью являются творческим отделом больших полушарий мозга в данный момент. Они постоянно перемещаются по всему пространству больших полушарий в зависимости от получаемых в процессе данной деятельности раздражений. Соответственно изменяются в своих размерах и постоянно перемещаются в коре и участки с пониженной возбудимостью.
Участки с повышенной и пониженной возбудимостью взаимосвязаны в своей деятельности по закону отрицательной индукции: когда в каком-то определенном участке коры головного мозга начинается сильное возбуждение, то одновременно по индукции в других участках коры, не связанных с выполнением данной деятельности, возникает торможение, затухание или даже полное прекращение нервного процесса, в результате чего одни центры оказываются возбужденными, другие — заторможенными.
Изучение высшей нервной деятельности показывает, что нервные центры в различных участках коры никогда не бывают одновременно в одинаковой степени возбуждены или заторможены. Если бы мы могли в связи с той или другой деятельностью наблюдать физиологические процессы в коре головного мозга, то мы обнаружили бы, что в каждый данный момент в известных участках коры имеется оптимальное, наиболее пригодное для данной деятельности возбуждение, тогда как в других возбуждение понижено, протекает с меньшей интенсивностью.