あらゆる行動、感情、そして習得したスキルには生物学的な基盤が存在する。行動神経科学は、動物や人間の神経メカニズムと観察可能な行動を結びつけることで、これらの基盤を解明する。

研究者たちは、病変、薬理学、遺伝子操作、電気生理学、画像診断などの手法を用いて、特定の行動を生み出す神経回路や分子を特定している。古典的な研究課題としては、脳がどのように記憶を形成するのか、何がモチベーションを高めるのか、感覚入力がどのように行動に変換されるのか、そしてなぜ特定の行動が病的なものになるのか、といったことが挙げられる。

この分野は、心理学、生理学、分子生物学の交差点に位置する。研究成果は、依存症、不安症、運動障害、認知障害の治療法開発に役立つ。動物モデルは、人間ではめったに不可能な因果関係の操作を可能にするため、依然として不可欠であり、一方、ヒトを対象とした研究は、その妥当性を究極的に検証する手段となる。

適切に設計された行動実験は、単一のシナプスまたは分散ネットワークが、生物の次の行動をどのように決定づけるかを明らかにすることができる。