La mort cérébrale entraîne une cessation quasi-définitive de toute activité électrique cérébrale, telle qu'enregistrée par un électroencéphalogramme. Cependant, un tracé plat peut être rencontré de façon temporaire dans certains états d'anesthésie profonde, ou au cours d'arrêts cardio-respiratoire temporaires. La mort cérébrale se singularise par le caractère irréversible de l'arrêt des activités électriques corticales (elle même reflet de l'activité électrique des neurones).
Selon toute vraisemblance, l'arrêt de l'activité électrique du cerveau est synonyme d'abolition de la conscience. Ceux qui considèrent que le néo-cortex est le seul siège des phénomènes donnant naissance à la conscience avancent que la destruction de cette partie antérieure du cerveau devrait suffire à définir la mort cérébrale.
Dans la plupart des pays, le don d'organe dans l'optique de la transplantation est possible dans le cadre de la mort cérébrale (certains pays font cependant encore appel à la cessation de l'activité cardiaque pour définir la mort). Le prélèvement d'organe est habituellement possible lorsqu'il n'y a pas de désaccord du sujet (loi de bioéthique. En France, les activités de prélèvements (et de greffe) sont gérées par l'Agence de la biomédecine. Les proches du défunt sont appelés à témoigner de son éventuelle opposition, exprimée de son vivant. En cas de « non opposition », le sujet en état de mort cérébrale sera gardé sous ventilation mécanique jusqu'au prélèvement chirurgical de ses organes par une équipe spécialisée.
La mort cérébrale mène inéluctablement à la mort des autres organes lorsque les mesures de réanimation sont suspendues, entraînant l'arrêt respiratoire, puis l'arrêt cardiaque, et enfin la mort de tous les tissus et organes par défaut d'apport en oxygène et nutriments.