神经科学是指寻求解释神智活动的生物学机制，即细胞生物学和分子生物学机制的科学。神经科学寻求了解在发育过程中装配起来的神经回路是如何感受周围世界、如何实施行为的，它们又如何从记忆中找回知觉，一旦找回之后，它们还能对知觉的记忆有所作用。神经科学也寻求了解支持人们情绪生活的生物学基础，情绪如何使人们的思想改变颜色，及当情绪、思想及动作的调节发生扭曲时为什么会有抑郁、狂躁、精神分裂症和阿尔茨海默症等病症。这都是些极端复杂的问题，其复杂程度超过任何人们在其他生物学领域中曾经面对的问题。

包括，脑科学、神经生物学、神经病理学、行为遗传学等领域，神经科学领域最早开展系统理论、计算机科学研究，比如神经控制论、人工智能等，21世纪系统生物学在细胞分子层次重新兴起后，又形成系统神经科学和计算神经科学。

21世纪被世界科学界公认为是生物学、脑科学的时代。在上个世纪末欧美;脑十年和日本;脑科学时代计划的推动之下，对人脑语言、记忆、思维、学习和注意等高级认知功能进行多学科、多层次的综合研究已经成为当代科学发展的主流方向之一，而认知神经科学的根本目标就是阐明各种认知活动的脑内过程和神经机制，揭开大脑—心灵关系之谜传统的心理学基础研究即认知心理学，仅是从行为、认知层次上探讨人类认知活动的结构和过程。而认知神经科学作为一门新兴的研究领域，则高度融合当代认知科学、计算科学和神经科学，把研究的对象从纯粹的认知与行为扩展到脑的活动模式及其与认知过程的关系。对认知神经科学的意义与前景，国际科学界已经形成共识，许多人把它看成是与基因工程、纳米技术一样在近期内会取得突破性进展的学科。

认知神经科学的特点是强调多学科、多层次、多水平的交叉。它把行为、认知和脑机制三者有机结合起来，试图从分子、突触、神经元等微观水平上和系统、全脑、行为等宏观水平上全面阐述人和动物在感知客体、形成表象、使用语言、记忆信息、推理决策时的信息加工过程及其神经机制。人在出生后，脑的命运是和环境相关联的。好的营养，加上感觉刺激丰富的学习环境，能使神经元长得更大，连结更为复杂。但是脑在一出生就开始走向死亡，而且这些神经元是不可能增生或替代的。此外，创伤、疾病及环境毒素也会造成大量神经元的死亡。成年人的大脑平均重量为 1400公克，其组成份子有上千亿的细胞。其中新皮质细胞量约有100亿左右，主掌人们绝大部分的刺激反应。此外还有神经胶质(Glia)，数量约为神经元细胞的5~10倍，主要功用在支撑脑部的结构与修补。认知神经科学的研究可以帮助人们探索认知现象的本质，探索物质与意识的关系，解决古老的哲学问题，也可以帮助人们理解现实社会的一些现象，提高人们的生活质量。认知神经科学的成果可以直接服务于社会。例如，研究表明，一些具有反社会人格的人或一些具有精神疾病的人在进行某些认知任务的时候，具有反常的脑活动方式；正常人在饮酒之后，如果从事人们上述的选择反应任务，反应时间变慢，错误率增高，且其相应的脑区活动也不同于常人。脑损伤病人在进行外科手术前，可以进行脑功能成像检查，以确定他负责重要的认知功能（如语言）的脑区，神经外科医生在手术时可以尽量避免损伤这些脑区。对具有阅读困难的儿童进行认知矫正，其阅读文字时脑活动的模式可以逐渐恢复到与正常儿童一样。对宇航员和飞行员的选拔和测试，人们需要考虑他们的身体适应能力，还要对他们的认知功能及其神经活动，特别是在应急状态下的功能，予以科学的测定和研究。可以毫不夸张说，认知神经科学已经深入到人们生活的每一个方面，虽然在大部分情况下人们并不觉知。