世界是物质的，所有具体事物归根结底都是物质的表现形式。产生精神活动的思维器官以至精神活动本身，说到底也是物质的某种存在形式。
思维器官作为高级生理形态的物质，其结构是能够用科学手段改造的。思维活动的一个重要方面是思维器官的生理活动，思维器官的生理活动是大脑半球及半球皮质的活动。巴甫洛夫认为，大脑半球皮质的活动“第一，暂时联系机构的形态，即仿佛外部世界的现象与动物有机体对其反映之间的传导锁链的暂时接通机构的形态；第二，分析器官机构的形态。”依巴甫洛夫的见解我们可以知道，高级脊椎动物即有脑动物对于外部世界的某些不同现象即“信号”，通过它们的感官、神经而引起大脑皮质各个不同区域的运动——光点和暗点（兴奋和抑制）。同时，大脑半球皮质对于通过感官、神经所传导进来的外部世界的各种现象具有“分析”和“综合”的能力。通过外部信号的“刺激”，在一部分兴奋和抑制的运动中产生的分析和综合的能力就是思维器官的生理活动即所谓“心理活动”。所以，大脑的一部分是思维活动的物质机构，“……心理活动是大脑一部分生理活动的结果……”。
在外部现象的作用下，大脑半球皮质的兴奋与抑制活动、分析与综合能力取决于大脑的物质机能，而大脑的物质机能又取决于大脑的物质的结构形式。我们知道，物质是没有区别而言的，所谓区别的是物质结构形式或组织形态的区别。大脑是物质的，这是不言而喻的，但是大脑之所以是大脑是因为它区别于其他物质的结构形式而具有大脑的物质形式。物体的任何性能都取决于它本身的结构形式，大脑的机能是它本身的结构形式的表现，因此，大脑的机能最后取决于它的组织结构。分析与综合的过程是大脑思维活动的过程，而大脑的思维活动的每一过程正是在外部现象作用下大脑结构以及由这个结构内部发生的各种关系的运动过程。反过来说，如果没有这种物质的结构形式，那么大脑的物质机能又从何谈起，从而分析和综合的活动是不可能实现的。因此，大脑结构是思维活动的物质机构，要认识思维器官的生理活动就要认识这块物质的物理形态和化学性质。
现象和本质是相对而言的，作为任何物质结构的本质在于这个结构形式中的更深一层的结构形式，而这一层的结构形式它还有更深一层的结构形式。后者总作为前者的本质，前者总作为后者的现象。没有后者的结构形式就不会构成前者的结构形式。所以，要认识思维器官生理机能的相对本质，也就是说要认识大脑物质结构的相对层次的物理形态和化学性质，就不但认识大脑半球和半球皮层的脑回脑沟的外部形态，还要认识作为无条件反射的大脑半球的中央细胞团、半球皮质的神经细胞的组织结构，以及细胞内的分子结构、分子内的原子结构，以至抓住对思维的生理活动有决定意义的层次结构，并抓住这个层次结构的内部、外部的各种有机联系及其运动规律。
思维的生理活动的重要一点，是对通过分析器中枢感觉到的各种外部现象进行归纳、演绎以及抽象的活动。这种活动通常被理解为见于客观的主观运动。不错，这是见于客观的主观运动。但是，这种主观的运动仍然要赖于大脑的物质机构，这个归纳、演绎以及抽象所赖以的物质机构即是大脑组织内一定范围中的一定层次的结构形式。我们知道，在同类具有思维器官的动物中间，在它们的分析器神经没有任何病理差别的情况下，并在它们一开始就给予一样的外界条件，只要仔细的观察就可以发现它们对一样的外部现象的认识，认识的程度、快慢上都有相对的差异。这一点在人的中间表现得就更为明显。这就是思维器官生理机能上的差异即思维器官生理结构上的差异。寻找这个结构差异在探索神经细胞时只限于原生质的结构可能是不够的，因为组成细胞结构的分子中的元素性质是由现代化学概念的原子结构规定的，它以质子数为标准。但是质子与质子之间就无差别？差别是绝对的，无差别是相对的，质子内部的粒子质量和数量就完全一样？肯定是有其差别的。同样在一定时间被认为是同类型的粒子，将来也可能发现其差别。化学的概念也在随着人们的认识的不断深入而变化，更新的化学概念对于物质结构以及性质的解释，必将更能相对正确地指导人们去揭示思维器官的生理结构及其结构差别的奥秘。
思维能力的一个重要方面取决于思维器官的生理机构，那么我们是否可以设想在将来当认识了思维器官的前题下去改进思维器官的物质结构，从而提高思维器官的生理机能呢？
如果按照达尔文的进化论观点我们可以知道，改进大脑半球及半球皮质的物质结构是通过“自然选择”而达到的。达尔文的“自然选择”认为，生物的各部器官在随着自然界的变化而变化的过程中，凡是那些对它们有利的变异就会保存下来，这些变异积累和遗传下去，就会引起生物器官的进化以至新的器官的产生。脊椎动物大脑半球以及半球皮质的出现和进化，是适应于外界条件的变化而变异的结果。（这是从脑的出现和进化的广义上讲的，当然具体的说，人脑的变化除了与自然条件有关，更与人的社会环境有关）可见思维器官的出现和进化是自然界缓慢“创造”和“加工”的结果，即“自然选择”的结果。更全面地说，思维器官的出现是从非思维器官的物质形式转化而来的，它的进化是由于它以外的，能对它发生变化作用的各种因素作用的结果。
但是，所谓变化，所谓物质的发展变化即是物质形式的变化。无论大脑半球及半球皮质的进化是在什么条件下进行的，而所达到的是大脑半球及半球皮质的内部结构形式的变化。大自然按照它必然的变化，无意识地“设计”了大脑细胞组织并“建造”了细胞内的分子、原子的复杂结构，难道当人类认识了这种结构就不能用科学手段去“设计”和“建造”这个复杂结构的“工程”吗？使它变得更完善和更高级吗？在一定意义上讲，现代“遗传工程学”的某些实验结果就已经给了我们这方面的启示了。我国遗传学家童第周，把从鲫鱼的卵巢中提取的信使RNA注射到金鱼的受精卵里，使金鱼的部分器官出现了具有卿鱼的特征和具有两种鱼的共同特征。那么如果我们将基因中的有关大脑遗传的“密码”取出与它种动物综合，那么是不是可以使发育出的下一代在大脑结构上就具有两种动物脑的结构的综合特点呢？基因结构是未放大的微小结构，它发育成熟后便呈现出它放大成型结构，这种把不同的基因结构进行科学的人为“设计”，这个结构就代替了“自然选择”，这个结构发育长大就出现新的“物种”或新的生物器官、新的思维器官。现在人们已预见到，随着“分子设计和分子工程学”的发展，必将会合成性能接近生物分子和高于生物分子的新型分子。那么随着高能物理的发展，更新的化学概念的出现，人们就能更本质地认识思维器官的深奥结构，就能精细地“设计”大脑更深层的结构，从而提高脑的思维的物质机能。
当然，设想用人的科学手段来提高大脑的思维器官的生理机能，这并不是否定了思维的实践意义，而是相反，这正是通过人的高级形式的实践活动来提高思维器官的物质机能。我们知道，人通过思维活动不断认识了自然界的各种物质现象，思维器官同样是一种物质现象，不过是一种相对复杂的物质现象，但是人的认识不断地在相对中奔向绝对，为什么就不能在无限的认识进程中揭示和改造思维器官这个物质结构呢？当然，这并不是说用外力或者说用外因决定大脑的内在规律即内部原因，同样，它是根据大脑内部的运动规律性即根据大脑更深层次的结构状态，用科学手段的外部条件代替“自然选择”的外部条件，去促使大脑进化。
总之，根据大脑的思维器官生理机能在于它的物质的结构形式的必然规律和自然科学的无止境的发展的必然性，有可能将来高度发展的自然科学对于提高思维器官的生理机能的主动作用要代替
“自然选择”对于提高思维器官的生理机能的被动作用。
