Situat chiar sub creier, sistemul limbic este o serie de structuri din creier care îndeplinesc mai multe sarcini legate de memorie și emoție. Legătura dintre sistemul limbic și emoție este atât de bine formată încât unii cercetători se referă la sistem drept „creierul emoțional”. Din punct de vedere evolutiv, acest sistem este destul de vechi și este prezent chiar și în creierul mamiferelor inferioare, motiv pentru care este cunoscut și sub numele de creierul paleomamiferului.
În acest sistem sunt prezente mai multe structuri, inclusiv amigdala, hipocampul, hipotalamusul, fornixul și septul. Lobul limbic din apropiere este, de asemenea, o componentă esențială care leagă sistemul limbic și emoția. Unele dintre celelalte structuri menționate aici joacă roluri și în reglarea emoțională.
Nicio structură unică nu este un factor cauzal complet unu la unu între sistemul limbic și emoție. Aceste structuri ajută la reglarea anumitor stări emoționale, dar nu provoacă complet o emoție. Structurile specifice ajută, totuși, la reglarea anumitor seturi de comportament emoțional.
Amigdala este o structură esențială pentru a ajuta la formarea amintirilor emoționale. Activarea amigdalei de la un stimul amenințător face ca această structură să lucreze cu hipocampul pentru a-l aminti. Când același stimul este întâlnit din nou, această structură provoacă un răspuns de frică. De asemenea, pare să fie implicat în furie, afecțiune și răspunsuri sexuale. Animalele fără amigdală nu vor prezenta instincte de mamă sau semne de furie și nu vor reacționa la stimuli amenințători sau excitanți sexual.
Anumite zone ale talamusului și hipotalamusului ajută la exprimarea emoției, dar nu o generează. Nucleii talamici anteriori par să influențeze modul în care indivizii reacționează la stimulii emoționali. Pe părțile laterale, sau zonele laterale, ale hipotalamusului, există nuclei implicați în exprimarea plăcerii și a furiei. Nemulțumirea și aversiunea față de stimuli sunt mediate de centru sau zona medială.
Cortexul ajută, de asemenea, să se alăture sistemului limbic și emoției. O componentă a cortexului limbic, girusul cingulat, ajută la controlul tensiunii arteriale și a ritmului cardiac. De asemenea, provoacă o reacție emoțională la durere. În plus, poate juca un rol în exprimarea furiei. Animalele sălbatice care au această zonă a creierului scoasă nu manifestă agresivitate.
Așa-numitele „centri ale plăcerii” din zona tegmentală ventrală arată o altă legătură între sistemul limbic și emoție. Activitatea din aceste celule le determină să elibereze dopamină chimică. Dopamina poate provoca sentimente plăcute, care variază de la o senzație ușoară de recompensă la sentimente puternice asemănătoare cu satisfacția sexuală.