脳のうち、生命の中枢である脳幹が死んでしまったか、機能を失っている状態。脳幹だけが死んだ脳幹死と、大脳・小脳を含め全ての脳が死んでしまった全脳死がある。
心臓が停止すれば脳への血流が止まり酸素が供給されなくなるので、必然的に全脳死となり、その生物は完全に死亡する。また心臓は生きていて血液は供給されていても、脳が壊れるような怪我や病気により脳幹がダメージを受け脳幹が破損してしまった場合、心臓は動いていても脳死となり、その生物は完全に死亡する。
心臓死ではない脳死の場合、死亡してもなお心臓は動いているが、心臓を動かす脳である脳幹が死んでいるので、そう遠くない将来に心臓も拍動を停止する。