O cérebro não é um esquema de circuitos fixo. Ao longo da vida, as experiências, a aprendizagem e as lesões podem reorganizar os circuitos neurais. Esta capacidade é chamada de neuroplasticidade. Engloba alterações na força sináptica, o crescimento ou retração de prolongamentos neuronais, o aparecimento de novos neurónios em regiões específicas e alterações em larga escala na associação entre função e anatomia.

A plasticidade é mais exuberante durante os períodos críticos do desenvolvimento, mas persiste na idade adulta e pode ser potenciada pelo treino, neuromodulação ou meios farmacológicos. Após uma lesão, a plasticidade residual auxilia a recuperação da função, embora também possa produzir resultados desadaptativos, como dor fantasma ou distonia focal.

Os mecanismos moleculares incluem a potenciação e depressão a longo prazo, a remodelação estrutural das espículas dendríticas e as alterações do tónus inibitório que abrem possibilidades de mudança. Compreender como direcionar a plasticidade é um objetivo central da ciência da reabilitação e dos esforços para tratar as perturbações do desenvolvimento e psiquiátricas.

Mesmo alguns dias de experiência sensorial alterada podem modificar de forma mensurável os mapas corticais.