Một nhà nghiên cứu ghi lại hoạt động của các tế bào thần kinh trong khi một con khỉ quyết định chọn hình ảnh nào. Tâm lý sinh học nghiên cứu cách bộ não, hormone và gen tạo ra hành vi và đời sống tinh thần.

Lĩnh vực này dựa trên khoa học thần kinh, sinh lý học và di truyền học. Các chủ đề nghiên cứu trải rộng từ các mạch thần kinh điều khiển cảm giác đói và ngủ đến tác động của chất dẫn truyền thần kinh lên tâm trạng và các yếu tố di truyền góp phần hình thành tính khí. Các phương pháp nghiên cứu bao gồm chụp ảnh não, nghiên cứu tổn thương não, thử nghiệm dược lý và các công cụ di truyền ngày càng chính xác.

Các nhà tâm lý học sinh học bác bỏ bất kỳ sự phân chia rành mạch nào giữa sinh học và kinh nghiệm. Học tập làm thay đổi sức mạnh của các khớp thần kinh; căng thẳng làm thay đổi cấu trúc hormone; văn hóa định hình cách biểu hiện các khuynh hướng di truyền. Các ứng dụng lâm sàng xuất hiện trong dược lý tâm thần, phục hồi chức năng thần kinh và hiểu biết về các rối loạn như bệnh Parkinson hoặc trầm cảm. Ngành học này giữ cho tâm lý học bám rễ vào các hệ thống vật lý tạo nên tâm trí.

Mỗi suy nghĩ và xung động đều để lại dấu vết trong mô sống.