Chaque action, émotion et compétence acquise repose sur un fondement biologique. Les neurosciences comportementales étudient ces fondements en reliant les mécanismes neuronaux aux comportements observables chez les animaux et les humains.

Les chercheurs utilisent des lésions cérébrales, la pharmacologie, la génétique, l'électrophysiologie et l'imagerie pour identifier les circuits et les molécules à l'origine de comportements spécifiques. Parmi les questions classiques figurent la formation des souvenirs dans le cerveau, les mécanismes de la motivation, la transformation des informations sensorielles en actions et les raisons pour lesquelles certains comportements deviennent pathologiques.

Ce domaine se situe à la croisée de la psychologie, de la physiologie et de la biologie moléculaire. Les découvertes réalisées contribuent à l'élaboration de traitements pour la dépendance, l'anxiété, les troubles du mouvement et les troubles cognitifs. Les modèles animaux demeurent essentiels car ils permettent des manipulations causales rarement possibles chez l'humain, tandis que les études cliniques constituent le test ultime de la pertinence des résultats.

Une expérience comportementale bien conçue peut révéler comment une synapse unique ou un réseau distribué façonne les actions futures d'un organisme.