Le contrôle du baillement est localisé dans le tronc cérébral, plus précisément dans une région appelée le centre du bâillement. Ce centre est influencé par différentes parties du cerveau (cortex cérébral, système limbique, système nerveux autonome).  Lorsque le centre du baillement est stimulé, il envoie des signaux pour déclencher une série de mouvements musculaires impliqués dans le bâillement : ouverture de la bouche, descente du diaphragme,  inspiration plus large et plus profonde qu'à l'ordinaire, avec un mouvement spasmodique des muscles de la bouche, du voile du palais et du gosier, accompagnés de l'écartement des deux mâchoires, de l'abaissement de la langue, du larynx et de l'os hyoïde; cette inspiration est suivie d'une expiration plus ou moins prompte. Le bâillement a pour effet de porter dans les poumons une quantité d'air atmosphérique plus grande que dans les inspirations ordinaires. 

Bien que sa fonction précise ne soit pas entièrement comprise, on pense qu'il peut jouer un rôle dans la régulation du niveau de vigilance, du métabolisme, de la température corporelle et de l'oxygénation. On a aussi émis l'hypothèse que le bâillement pourrait aider à rafraîchir le cerveau en augmentant le flux sanguin et en apportant plus d'oxygène. (F.-N.).