La glucosa es el único azúcar que alimenta al cerebro, es su principal fuente de energía. En los seres humanos el cerebro requiere aproximadamente el 20 % de la energía derivada de la glucosa, por lo tanto, es necesaria para una función cerebral apropiada. El metabolismo de la glucosa está evolutivamente relacionado con la regulación de la muerte celular.
Si los niveles de glucosa descienden, se activan una serie de mecanismos de defensa que corrigen esta situación. Si estas respuestas defensivas fallan y los niveles de glucosa siguen a la baja, entonces se activa una respuesta más intensa presentando síntomas como irritabilidad, problemas de visión, ansiedad, mareos y hambre, entre otros, que alertan a la persona para que ingiera alimentos y corrija así la hipoglucemia; de esta forma se evita la presencia de convulsiones o incluso un estado de inconsciencia o coma.
Una dieta cetogénica eficiente suprime los ataques epilépticos en la infancia resistentes a los medicamentos de la epilepsia.
En el caso de las enfermedades neurogenerativas como el Alzheimer, uno de los signos más tempranos de la enfermedad es la reducción del metabolismo de la glucosa cerebral; estudios tanto en humanos como en animales sugieren que la alteración en la glucosa está asociada al progreso de la enfermedad.