Une lésion est une zone de tissu endommagée ou détruite. En neurosciences, des lésions ciblées ont permis de déduire la fonction de régions cérébrales spécifiques en observant les capacités perdues lorsque la région est retirée ou inactivée.

Les premières études s'appuyaient sur des lésions accidentelles et chirurgicales chez l'animal. Le cas célèbre de Phineas Gage, dont les lobes frontaux avaient été endommagés par une barre à mine, a établi un lien entre cette région et la personnalité ainsi que l'autorégulation. Les techniques modernes comprennent les lésions chimiques, les lésions électrolytiques et l'inactivation réversible par des médicaments ou par refroidissement. Chez l'humain, les accidents vasculaires cérébraux, les tumeurs et les exérèses chirurgicales constituent des lésions naturelles qui peuvent être étudiées par neuro-imagerie et tests comportementaux.

Les lésions constituent un argument convaincant, mais pas toujours évident. Un déficit peut résulter d'une atteinte des fibres de passage plutôt que des cellules de la région elle-même, et des modifications compensatoires dans d'autres zones peuvent masquer ou altérer les effets immédiats. La convergence des données issues de l'imagerie, de la stimulation et des méthodes de perturbation temporaire renforce les conclusions tirées des lésions.

Lorsqu'une perte de fonction spécifique fait suite à une lésion d'une structure spécifique, cette lésion a permis de cartographier la division du travail du cerveau.