在饥饿期间，身体会尽一切可能保护大脑。 在获得必需营养和燃料方面，大脑具有最高优先级。 因此，大脑是遭受食物短缺的最后一个区域。 甚至有证据表明，短期饥饿对大脑可能是健康的。 但是，即使大脑最终也必须代谢自己的神经元，才能使其余大脑存活。
酮症
在饥饿或禁食的初期，人体会将储存在肝脏和肌肉中的糖原转化为葡萄糖。 在使用储存的糖原作为能量来源大约24小时后，人体开始燃烧脂肪。 一些肌肉和结缔组织也被用来为重要的生物催化剂提供基础。 由于脂肪无法穿越血脑屏障，因此大脑无法将脂肪用作能量来源。 但是，肝脏中的脂肪代谢会产生酮体作为副产物。 大脑可以将这些物质用作能源。 酮体已成为大脑主要能量来源的状态称为“酮症”。
神经元稳定性
根据《生酮饮食》的作者莱尔·麦克唐纳（Lyle McDonald）的说法，酮症对于大脑而言并非不健康。 实际上，有一些证据表明酮病可以稳定大脑中的神经元。 古希腊医生成功治愈了一些饥饿的癫痫病。 癫痫发作发生在局部神经元过度兴奋，激烈的射击扩散到大脑的更大区域时。 尽管尚不清楚原因，但酮体可以稳定神经元并防止癫痫发作。 近年来，所谓的生酮饮食已被用于治疗癫痫病。 这种饮食主要由脂肪组成。
肌肉和神经元的分解
当饥饿持续很长时间时，人体中存储的大部分脂肪都被耗尽，维生素和矿物质的短缺变得非常严重。 此时，人体生存的唯一机会就是代谢自己的肌肉和结缔组织。 大脑也缺乏必要的营养，并开始分解自己的神经元以保持其余部分的生命。 根据发表在2009年1月《生物化学杂志》上的一项研究，饥饿时男性和女性的大脑反应不同。 男性大脑更快地开始利用其自身的组织来提供营养。
减少脑容量
当大脑开始分解自己的神经元时，大脑实际上会萎缩。 但是，如果饥饿结束，这种收缩是可逆的。 发表在2010年5月《国际饮食失调杂志》上的一项研究表明，神经性厌食症患者的大脑容量减少。 当厌食症使自己饿死减肥时，他们的大脑开始代谢自己的灰质。 但是，那些体重增加的受试者也恢复了大脑体积。
