營養和營養素對大腦的功能產生影響，不但是結構組成上的作用，對情緒、精神、睡眠等都可產生一定的影響。
大腦有特殊的需要。由于大腦空間的局限性，它不能自己儲備糖和脂肪，因為這些燃料會占據空間。它也不能儲存氧來氧化這些燃料。因此，大腦必須依賴血流來提供燃料和氧，并且需要量也格外的大。大腦只占成人體重的2%，但是體內15%的血液都供應給了它，同時它還占有了維持基礎代謝的20%-30%的燃料。
所有的營養素對大腦的功能都很重要，例如大腦需要氨基酸以形成它的信息分子、30~40種神經遞質和相關復合物；大腦還需要帶電荷的礦物質以傳導電沖動，需要維生素和其它礦物質來促進這些過程；需要脂類來修復細胞膜等等。
研究最多的神經遞質是血清素，大腦內血清素的釋放能對感覺和情緒產生影響，而血清素的合成前體是食物中的色氨酸，因此食物中的成分的確能影響到人們用餐后的感受。有研究表明進入大腦的色氨酸缺乏能使人失眠、情緒沮喪、容易受到驚嚇等。色氨酸缺乏的動物也表現出這些癥狀，當提供色氨酸時，由于大腦內的血清素恢復，動物也恢復正常。
能進入大腦內的色氨酸的數量不僅僅依賴于食用了多少色氨酸，還與食入的蛋白質和糖類的總量有關。通常的食物提供的不是單純的色氨酸，而是全蛋白，蛋白質中的其他氨基酸可與色氨酸競爭進入大腦，在這種情況下，進入大腦的色氨酸沒有顯著增加，因而不能有效地促進大腦內血清素的合成。但是以糖類替代蛋白質時，糖類促進胰島素分泌，而胰島素可促使其它氨基酸進入體細胞，這樣色氨酸就可以沒有競爭的進入大腦。因此，糖類含量高的食物促進色氨酸進入大腦，增加血清素的合成。
因此，對于失眠者來說，一杯加糖的牛奶就是很好的催眠劑，或者一片面包和一杯糖開水，效果也不錯。另外，香蕉、蜂蜜、土豆、杏仁、火雞都是較好的助眠美食。不過要注意的是，已知能誘導血清素的食物攜帶大量的能量，每天增加鍛煉消耗能量，更有助于健康睡眠。