Κάθε πράξη, συναίσθημα και μαθησιακή δεξιότητα έχει μια βιολογική βάση. Η συμπεριφορική νευροεπιστήμη διερευνά αυτά τα θεμέλια συνδέοντας νευρωνικούς μηχανισμούς με παρατηρήσιμη συμπεριφορά σε ζώα και ανθρώπους.

Οι ερευνητές χρησιμοποιούν αλλοιώσεις, φαρμακολογία, γενετικά εργαλεία, ηλεκτροφυσιολογία και απεικόνιση για να εντοπίσουν τα κυκλώματα και τα μόρια που δημιουργούν συγκεκριμένες συμπεριφορές. Κλασικά ερωτήματα περιλαμβάνουν το πώς ο εγκέφαλος σχηματίζει αναμνήσεις, τι οδηγεί στο κίνητρο, πώς τα αισθητηριακά ερεθίσματα μετατρέπονται σε δράση και γιατί ορισμένες συμπεριφορές γίνονται παθολογικές.

Ο τομέας βρίσκεται στο σημείο τομής της ψυχολογίας, της φυσιολογίας και της μοριακής βιολογίας. Τα ευρήματα καθοδηγούν τις θεραπείες για τον εθισμό, το άγχος, τις κινητικές διαταραχές και τη γνωστική εξασθένηση. Τα ζωικά μοντέλα παραμένουν απαραίτητα επειδή επιτρέπουν τους αιτιώδεις χειρισμούς που σπάνια είναι δυνατοί στους ανθρώπους, ενώ οι μελέτες σε ανθρώπους παρέχουν την απόλυτη δοκιμή της συνάφειας.

Ένα καλά σχεδιασμένο πείραμα συμπεριφοράς μπορεί να αποκαλύψει πώς μια μεμονωμένη σύναψη ή ένα κατανεμημένο δίκτυο διαμορφώνει την επόμενη ενέργεια ενός οργανισμού.