神经科学国家重点实验室依托
中国科学院上海生命科学研究院。2007年10月，由科技部批准组建神经科学国家重点实验室。实验室主要定位于神经科学问题的前瞻性基础研究，围绕脑的可塑性这一主题，设“神经发育”、“突触可塑性与学习记忆”、“感觉信息处理”和“相关疾病发病机制”四个研究方向。
神经科学是利用生物、物理、信息科学等综合手段，研究神经系统正常功能和异常病变的一门新兴交叉科学。科技发达国家均将神经科学作为重点发展领域，我国《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006-2020年）》也将其列为八个基础研究科学前沿问题之一。神经科学研究对于预防和治疗成瘾、老年痴呆等神经疾患，保证心理健康，开发脑功能，研究人工智能等许多方面都有非常重要的意义。
神经系统发育、学习与记忆、高级认知功能、脑的衰老等重大问题均与人类社会发展密切相关，因此，神经科学的研究已被认为是最令人兴奋的研究领域之一。它不但是生命科学基础研究的前沿，具有重大的理论意义，而且对提高全民的教育质量、创新能力、心理和精神健康水平都具有重要的意义。重点实验室围绕神经发育、突触可塑性与学习记忆、感觉信息处理、
神经系统疾病四大研究方向对神经生物学基本理论和疾病机理进行前瞻性研究。 在神经发育研究方向上，重点实验室主要研究神经细胞分化、迁移、导向的分子机理，以及轴突、树突发育与神经环路形成机理。在突触可塑性与学习记忆机理研究中，着重研究神经突触形成的分子机理，
胶质细胞与突触可塑性关系，抑制性突触可塑性，以及学习记忆的神经机制。感觉信息处理机制研究的重点是视觉认知的机理，嗅觉对动物社会行为的影响，味觉识别机制，以及躯体感觉机制。重点实验室针对智力发育障碍、癫痫、缺血诱导神经元死亡、病理性痛和神经退行性疾病研究神经系统疾病机理。 神经系统疾病影响人类的健康，防治神经精神性疾病也是我国社会发展的战略性需求。重点实验室不但将对神经生物学基本理论进行系统的前瞻性研究，而且将充分利用基本理论的进展和先进技术对神经系统疾病机理进行前沿性探索，为药物开发和智能技术的发展提供理论基础。重点实验室的总体目标是建立较为全面的神经生物学研究技术平台和基础设施，成为国际最主要神经生物学研究基地之一，为人类认识大脑、开发大脑和防治神经系统疾病做出重要贡献。
实验室现有研究组15个，高级研究员3人，研究员12人（高级研究员、研究员均为博士生导师），副研究员3人，高级工程师1人。其中
中国科学院院士1人，
国家杰出青年科学基金获得者6人，百人计划获得者9人。实验室注重高水平人才的引进与培养工作，进一步加强研究力量。 实验室在读的硕士、博士研究生共169人，在站博士后共4人。自1999年以来已培养毕业博士研究生51人，出站博士后4人。共有4人获得教育部全国百篇优秀博士论文奖，5人获得中国科学院院长特别奖，3人获优秀奖，2人获得中国科学院50篇博士论文奖，5人获得中国科学院地奥一等奖、14人获二等奖。 2001年今本实验室已经成功举办了专题学术报告262次和11次学术会议，完全对外开放。实验室向国内科学家实施合作与开放课题，尤其重视本实验室的基础研究与临床应用相结合。
本实验室承担各类研究任务34项。主持国家科技部973项目、国家自然科学基金委创新研究群体、国家自然科学基金委重点项目和中国科学院重要方向性项目等国家重大科研任务。重点实验室在突触可塑性及神经元整合特性的可塑性、伴随突触可塑性的突触前神经元兴奋性的双向调控、神经活动依赖性突触成熟的信号转导机理、神经元-胶质细胞间信息传递的可塑性、阿片受体转运与镇痛功能调制机理、果蝇面对两难视觉线索的抉择行为、果蝇跨模态学习的相互作用、神经细胞极性建立机制、神经营养因子对轴突生长的调节、酸敏感离子通道与神经保护、背根节神经元和脊髓
基因表达可塑性等研究中取得较显著的进展。2001年至今，实验室在《
Cell》、《Science》、《Nature》、《Nature Cell Biology》、《Nature Neuroscience》、《Neuron》、《Journal of Cell Biology》、《Trends in Pharmacological Sciences》、《PNAS》、《Current Opinion in Neurobiology》和《Journal of Neuroscience》等学术期刊上发表论文74篇。