Η νευροεπιστήμη είναι ένα τεράστιο πεδίο μελέτης που περιλαμβάνει τις λειτουργίες του νευρικού συστήματος. Οι άνθρωποι που ενδιαφέρονται για τη νευροεπιστήμη μπορούν να εργαστούν σε ένα ευρύ φάσμα τομέων, από την ψυχολογία μέχρι την επιστήμη των υπολογιστών. Πολλά εκπαιδευτικά ιδρύματα σε όλο τον κόσμο προσφέρουν εκπαίδευση στις νευροεπιστήμες, συχνά με συγκεκριμένη κλίση ή εστίαση. Πολλά από αυτά τα ιδρύματα πραγματοποιούν επίσης έρευνα αιχμής που διερευνά τη λειτουργία του ανθρώπινου μυαλού σε μια προσπάθεια να μάθουν περισσότερα για τους ανθρώπους και τους τρόπους με τους οποίους αλληλεπιδρούν με τον κόσμο.
Ως επιστημονικός κλάδος, η νευροεπιστήμη άρχισε να γίνεται μόνη της στα μέσα του 20ου αιώνα, καθώς άρχισε να αναδύεται η τεχνολογία που μπορούσε να φωτίσει τις λειτουργίες του νευρικού συστήματος. Μέχρι την ανάπτυξη εξοπλισμού όπως τα μηχανήματα απεικόνισης μαγνητικού συντονισμού (MRI), ο εγκέφαλος ήταν ένα μαύρο κουτί. Οι επιστήμονες εισήγαγαν πληροφορίες και ο εγκέφαλος μπορούσε να βγάλει πληροφορίες, αλλά κανείς δεν ήξερε τι συνέβη μέσα. Οι εξελίξεις σε τομείς όπως η μοριακή βιολογία και η επιστήμη των υπολογιστών ενίσχυσαν περαιτέρω αυτόν τον τομέα, παρέχοντας περισσότερες πληροφορίες και εργαλεία για εργασία.
Το νευρικό σύστημα μπορεί να χωριστεί σε δύο κύρια μέρη. Το κεντρικό νευρικό σύστημα περιλαμβάνει τον εγκέφαλο και το νωτιαίο μυελό, ενώ το περιφερικό νευρικό σύστημα περιλαμβάνει το εκτεταμένο δίκτυο νευρικών κυττάρων παντού αλλού στο σώμα. Πολλές δομές περιλαμβάνονται στο νευρικό σύστημα, από βασικούς νευρώνες έως νευρογλοιακά κύτταρα, και οι αλληλεπιδράσεις τους είναι εξαιρετικά περίπλοκες. Το ανθρώπινο νευρικό σύστημα εργάζεται συνεχώς μεταδίδοντας και λαμβάνει πληροφορίες, και η επιβίωση ενός μεμονωμένου σώματος βασίζεται σε ένα λειτουργικό νευρικό σύστημα.
Οι νευροεπιστήμονες εξετάζουν όλες τις πτυχές του νευρικού συστήματος. μελετούν τα βιοχημικά σήματα που μεταδίδουν τα νεύρα, τις επιδράσεις διαφόρων ουσιών στο νευρικό σύστημα, την εξελικτική ανάπτυξη του νευρικού συστήματος και πολλά άλλα. Μερικοί επικεντρώνονται σε υγιή νευρικά συστήματα, ενώ άλλοι μελετούν την παθολογία, εξετάζοντας τι προκαλεί την αποτυχία του νευρικού συστήματος και πώς μπορούν να προληφθούν ή να αντιμετωπιστούν οι ασθένειες του νευρικού συστήματος.
Ψυχολόγοι και ψυχίατροι εξετάζουν πώς το νευρικό σύστημα επηρεάζει την ανθρώπινη συμπεριφορά, εστιάζοντας στον εγκέφαλο και στους τρόπους με τους οποίους επεξεργάζεται τις πληροφορίες. Επιστήμονες και μηχανικοί υπολογιστών μοντελοποιούν τεχνητά νευρωνικά δίκτυα για υπολογισμούς στο βιολογικό δίκτυο στο σώμα και πειραματίζονται με πράγματα όπως η δημιουργία προσθετικών μελών που μπορούν πραγματικά να ανταποκριθούν στα σήματα του νευρικού συστήματος, καθιστώντας τα λειτουργικά για τους χρήστες τους. Οι νευροχειρουργοί εκτελούν λεπτές χειρουργικές επεμβάσεις στον εγκέφαλο, ενώ άλλοι ειδικοί στον τομέα της νευροεπιστήμης εξετάζουν τον τρόπο με τον οποίο οι άνθρωποι μαθαίνουν, σκέφτονται, αποκτούν γλώσσες και εκτελούν εργασίες που κυμαίνονται από το να θυμούνται να αναπνέουν μέχρι τη σύνθεση συμφωνιών.