每一种行为、情绪和习得的技能都有其生物学基础。行为神经科学通过将神经机制与动物和人类的可观察行为联系起来，来研究这些基础。

研究人员利用脑损伤、药理学、基因工具、电生理学和成像技术来识别产生特定行为的神经回路和分子。经典的研究问题包括：大脑如何形成记忆？动机的驱动力是什么？感觉输入如何转化为行动？以及为什么某些行为会发展成病态行为？

该领域融合了心理学、生理学和分子生物学。研究成果为成瘾、焦虑、运动障碍和认知障碍的治疗提供了依据。动物模型仍然至关重要，因为它们能够进行在人体中难以实现的因果操作，而人体研究则提供了检验研究结果相关性的最终方法。

精心设计的行为实验可以揭示单个突触或分布式网络如何影响生物体的下一步行为。