Her eylemin, duygunun ve öğrenilmiş becerinin biyolojik bir temeli vardır. Davranışsal sinirbilim, sinir mekanizmalarını hayvanlarda ve insanlarda gözlemlenebilir davranışlarla ilişkilendirerek bu temelleri araştırır.

Araştırmacılar, belirli davranışları üreten devreleri ve molekülleri belirlemek için lezyonları, farmakolojiyi, genetik araçları, elektrofizyolojiyi ve görüntüleme yöntemlerini kullanıyorlar. Klasik sorular arasında beynin hafızayı nasıl oluşturduğu, motivasyonu neyin yönlendirdiği, duyusal girdinin nasıl eyleme dönüştürüldüğü ve belirli davranışların neden patolojik hale geldiği yer alıyor.

Bu alan psikoloji, fizyoloji ve moleküler biyolojinin kesişim noktasında yer almaktadır. Bulgular bağımlılık, kaygı, hareket bozuklukları ve bilişsel bozukluklar için tedavi yöntemlerine ışık tutmaktadır. Hayvan modelleri, insanlarda nadiren mümkün olan nedensel manipülasyonlara olanak sağladığı için hayati önem taşırken, insan çalışmaları ise bulguların geçerliliğinin nihai testini sağlamaktadır.

İyi tasarlanmış bir davranış deneyi, tek bir sinapsın veya dağıtılmış bir ağın bir organizmanın bundan sonraki eylemini nasıl şekillendirdiğini ortaya çıkarabilir.