Οι ειδικοί στον τομέα της νευροεπιστήμης διεξάγουν λεπτομερή εργαστηριακά πειράματα και κλινικές δοκιμές για να μάθουν τη δομή και τη λειτουργία του εγκεφάλου. Οι επιστήμονες προσδιορίζουν πώς λειτουργούν ορισμένες γνωστικές διαδικασίες και πώς αναπτύσσονται και αλλάζουν διαφορετικές περιοχές του εγκεφάλου καθ ‘όλη τη διάρκεια της ζωής τους. Για να γίνει μέρος μιας ερευνητικής ομάδας νευροεπιστήμης, συνήθως απαιτείται από ένα άτομο να αποκτήσει διδακτορικό στην ειδικότητα και να αποκτήσει πολυετή εμπειρία για να κατανοήσει την απίστευτα πολύπλοκη φύση της γνώσης. Η απόκτηση διδακτορικού τίτλου νευροεπιστήμης περιλαμβάνει συνήθως οκτώ χρόνια κολέγιο και την ολοκλήρωση μιας λεπτομερούς διατριβής που βασίζεται σε ανεξάρτητη έρευνα.
Ένα άτομο μπορεί να προετοιμαστεί για ένα διδακτορικό πρόγραμμα νευροεπιστήμης ήδη από το λύκειο. Για να προετοιμαστεί για μαθήματα κολλεγίου, μπορεί να παρακολουθήσει προχωρημένα μαθήματα βιολογίας, φυσικής, ανατομίας και ψυχολογίας. Οι σύμβουλοι μπορούν να βοηθήσουν τους μαθητές λυκείου να εντοπίσουν διαπιστευμένα προπτυχιακά σχολεία που θα τους βοηθήσουν να μπουν τελικά σε διδακτορικά προγράμματα. Κατά την επιλογή ενός τετραετούς πανεπιστημίου, ένας φοιτητής πρέπει να λάβει υπόψη τη φήμη του επιστημονικού προγράμματος κάθε σχολείου και τις ευκαιρίες για πρακτική άσκηση ή θέσεις βοηθών έρευνας.
Οι περισσότεροι πρωτοετείς φοιτητές που θέλουν να αποκτήσουν μεταπτυχιακό τίτλο νευροεπιστήμης στην ψυχολογία, τη βιολογία ή τις προϊατρικές σπουδές. Τέτοια προγράμματα σπουδών παρέχουν στους φοιτητές ένα θεμέλιο για την ενδεχόμενη ερευνητική εργασία. Οι μαθητές παρακολουθούν συχνά μαθήματα γνωστικής ψυχολογίας, μελετών εγκεφάλου και συμπεριφοράς, ανατομίας και στατιστικών. Μέσα από τις τάξεις και τις εργαστηριακές μελέτες, οι μαθητές έχουν την ευκαιρία να εξοικειωθούν με τις τρέχουσες τάσεις στην έρευνα και να αποφασίσουν για τους τομείς στους οποίους θέλουν να εστιάσουν την προσωπική τους έρευνα. Πολλοί φοιτητές ακολουθούν θέσεις πρακτικής άσκησης σε πανεπιστημιακά εργαστήρια για να βελτιώσουν τις πιθανότητές τους να γίνουν δεκτοί σε μεταπτυχιακά προγράμματα.
Κοντά στο τέλος ενός προγράμματος πτυχίου, ένας ελπιδοφόρος νευροεπιστήμονας μπορεί να αρχίσει να εφαρμόζει σε μεταπτυχιακά σχολεία. Τα περισσότερα διαπιστευμένα πανεπιστήμια επιλέγουν έναν πολύ περιορισμένο αριθμό υποψηφίων κάθε χρόνο, με βάση την εκπαιδευτική επιτυχία, τις βαθμολογίες δοκιμών εισαγωγής, την ερευνητική εμπειρία και τα προσωπικά δοκίμια. Ένας υποψήφιος φοιτητής με σαφείς ερευνητικούς στόχους και ισχυρές συστάσεις από προπτυχιακούς καθηγητές είναι πιθανό να γίνει δεκτός για εισαγωγή. Οι νέοι φοιτητές συνήθως συναντιούνται με συμβούλους για να δημιουργήσουν προσαρμοσμένα σχέδια πτυχίου, συμπεριλαμβανομένων των τύπων μαθημάτων που θα παρακολουθήσουν και των καθηγητών με τους οποίους είναι οι πλέον κατάλληλοι για τη διεξαγωγή έρευνας.
Διδάκτορες Νευροεπιστήμης παρακολουθούν διαλέξεις στην τάξη και συμμετέχουν σε εργαστηριακή έρευνα. Συχνά εργάζονται σε ομάδες με άλλους μαθητές και καθηγητές σε πειράματα με νόημα. Ανάλογα με τον τομέα ενδιαφέροντος και ειδικότητας ενός ατόμου, μπορεί να βοηθήσει στον εντοπισμό γνωστικών διεργασιών, στη διερεύνηση της γενετικής βάσης μιας ψυχικής διαταραχής ή στη διερεύνηση των πιθανών οφελών ή παρενεργειών των φαρμάκων.
Για να λάβει διδακτορικό νευροεπιστήμης, συνήθως απαιτείται από έναν φοιτητή να πραγματοποιήσει μεγάλη ανεξάρτητη έρευνα. Τα αποτελέσματα συλλέγονται και οργανώνονται με τη μορφή διατριβής, η οποία παρουσιάζεται σε μια ομάδα καθηγητών, διαχειριστών πανεπιστημίου και ειδικών σε θέματα νευροεπιστήμης. Αφού παρουσιάσει επιτυχώς μια διατριβή και αποφοιτήσει από ένα πρόγραμμα νευροεπιστήμης, ένα άτομο μπορεί να αρχίσει να αναζητά μεταδιδακτορικές υποτροφίες σε ιδιωτικά εργαστήρια, πανεπιστήμια και φαρμακευτικές εταιρείες.