Каждое действие, эмоция и приобретенный навык имеют биологическую основу. Нейробиология поведения исследует эти основы, связывая нейронные механизмы с наблюдаемым поведением у животных и людей.

Исследователи используют повреждения тканей, фармакологию, генетические методы, электрофизиологию и методы визуализации для выявления нейронных цепей и молекул, которые генерируют определённые модели поведения. Классические вопросы включают в себя: как мозг формирует воспоминания, что движет мотивацией, как сенсорная информация преобразуется в действие и почему определённые модели поведения становятся патологическими.

Эта область находится на стыке психологии, физиологии и молекулярной биологии. Полученные результаты используются для разработки методов лечения зависимостей, тревожных расстройств, двигательных расстройств и когнитивных нарушений. Модели на животных остаются важными, поскольку они позволяют проводить причинно-следственные манипуляции, которые редко возможны у людей, в то время как исследования на людях обеспечивают окончательную проверку актуальности результатов.

Грамотно спланированный поведенческий эксперимент может показать, как отдельный синапс или распределенная сеть влияют на дальнейшие действия организма.