营养和营养素对大脑的功能产生影响，不但是结构组成上的作用，对情绪、精神、睡眠等都可产生一定的影响。
大脑有特殊的需要。由于大脑空间的局限性，它不能自己储备糖和脂肪，因为这些燃料会占据空间。它也不能储存氧来氧化这些燃料。因此，大脑必须依赖血流来提供燃料和氧，并且需要量也格外的大。大脑只占成人体重的2%，但是体内15%的血液都供应给了它，同时它还占有了维持基础代谢的20%-30%的燃料。
所有的营养素对大脑的功能都很重要，例如大脑需要氨基酸以形成它的信息分子、30~40种神经递质和相关复合物；大脑还需要带电荷的矿物质以传导电冲动，需要维生素和其它矿物质来促进这些过程；需要脂类来修复细胞膜等等。
研究最多的神经递质是血清素，大脑内血清素的释放能对感觉和情绪产生影响，而血清素的合成前体是食物中的色氨酸，因此食物中的成分的确能影响到人们用餐后的感受。有研究表明进入大脑的色氨酸缺乏能使人失眠、情绪沮丧、容易受到惊吓等。色氨酸缺乏的动物也表现出这些症状，当提供色氨酸时，由于大脑内的血清素恢复，动物也恢复正常。
能进入大脑内的色氨酸的数量不仅仅依赖于食用了多少色氨酸，还与食入的蛋白质和糖类的总量有关。通常的食物提供的不是单纯的色氨酸，而是全蛋白，蛋白质中的其他氨基酸可与色氨酸竞争进入大脑，在这种情况下，进入大脑的色氨酸没有显著增加，因而不能有效地促进大脑内血清素的合成。但是以糖类替代蛋白质时，糖类促进胰岛素分泌，而胰岛素可促使其它氨基酸进入体细胞，这样色氨酸就可以没有竞争的进入大脑。因此，糖类含量高的食物促进色氨酸进入大脑，增加血清素的合成。
因此，对于失眠者来说，一杯加糖的牛奶就是很好的催眠剂，或者一片面包和一杯糖开水，效果也不错。另外，香蕉、蜂蜜、土豆、杏仁、火鸡都是较好的助眠美食。不过要注意的是，已知能诱导血清素的食物携带大量的能量，每天增加锻炼消耗能量，更有助于健康睡眠。