Als graue Substanz (lat. Substantia grisea) bezeichnet man die Gebiete des Zentralnervensystems, die vorwiegend aus Nervenzellkörpern bestehen. Die Nervenfasern bilden dagegen in ihrer Gesamtheit die weiße Substanz. Die Bezeichnung „grau“ kommt daher, dass diese Bereiche im Formalin fixierten Präparat eine graue Farbe haben. Im lebenden Gewebe ist die graue Substanz eher rosa. Umgangssprachlich und falsche Assoziationen weckend spricht man häufig von den „grauen Zellen“.

Die graue Substanz liegt im Rückenmark zentral und bildet ein schmetterlingsähnliches Gebilde mit einem Vorder- und Hinterhorn. Im Bereich des Brust- und Lendenabschnittes kann man auch noch ein Intermediärhorn unterscheiden, in dem die Wurzelzellen des Sympathikus liegen. Die graue Substanz ist im Rückenmark vollständig von weißer Substanz umgeben.

Im Gehirn dagegen liegt die graue Substanz zum überwiegenden Teil außen, die weiße umhüllend. Diese Bereiche bezeichnet man als Rinde (Cortex). Einen Cortex besitzen das Großhirn (Telencephalon, siehe auch Großhirnrinde) und das Kleinhirn (Cerebellum). In den übrigen Gehirnabschnitten ist graue Substanz in die weiße Substanz eingebettet. Diese Gebiete bezeichnet man als Kerne oder Kerngebiete (Nuclei).

Untersuchungen, die Intelligenztestwerte mit Schichtaufnahmen vom Volumen der grauen bzw. weißen Substanz in unterschiedlichen Bereichen des Gehirns verglichen, entdecken eine Korrelation zwischen höheren Intelligenzwerten und mehr grauer Substanz in einigen speziellen Arealen, die mit Gedächtnis, Aufmerksamkeit und Sprache in Zusammenhang gebracht werden (Haier, 2004).^[1]