Toda a ação, emoção e habilidade aprendida tem uma base biológica. A neurociência comportamental investiga estas bases, ligando os mecanismos neurais ao comportamento observável em animais e humanos.

Os investigadores utilizam lesões, farmacologia, ferramentas genéticas, eletrofisiologia e exames de imagem para identificar os circuitos e as moléculas que geram comportamentos específicos. As questões clássicas incluem como o cérebro forma memórias, o que impulsiona a motivação, como a entrada sensorial é transformada em ação e porque é que certos comportamentos se tornam patológicos.

A área situa-se na intersecção da psicologia, fisiologia e biologia molecular. As descobertas fundamentam os tratamentos para a dependência, ansiedade, distúrbios do movimento e défice cognitivo. Os modelos animais continuam a ser essenciais porque permitem manipulações causais raramente possíveis em humanos, enquanto os estudos em humanos fornecem o teste definitivo de relevância.

Uma experiência comportamental bem planeada pode revelar como uma única sinapse ou uma rede distribuída influencia o que um organismo fará a seguir.