Enhver handling, følelse og lært ferdighet har et biologisk grunnlag. Atferdsnevrovitenskap undersøker disse grunnlagene ved å koble nevrale mekanismer til observerbar atferd hos dyr og mennesker.

Forskere bruker lesjoner, farmakologi, genetiske verktøy, elektrofysiologi og avbildning for å identifisere kretsene og molekylene som genererer spesifikk atferd. Klassiske spørsmål inkluderer hvordan hjernen danner minner, hva som driver motivasjon, hvordan sensorisk input omdannes til handling, og hvorfor visse atferder blir patologiske.

Feltet ligger i skjæringspunktet mellom psykologi, fysiologi og molekylærbiologi. Funn danner grunnlaget for behandling av avhengighet, angst, bevegelsesforstyrrelser og kognitiv svikt. Dyremodeller er fortsatt viktige fordi de tillater årsakssammenhengende manipulasjoner som sjelden er mulige hos mennesker, mens studier på mennesker gir den ultimate testen av relevans.

Et godt designet atferdseksperiment kan avsløre hvordan en enkelt synapse eller et distribuert nettverk former hva en organisme gjør videre.