Η νευρωνική μάθηση βασίζεται στην πεποίθηση ότι ο εγκέφαλος λειτουργεί σαν υπολογιστής όταν επεξεργάζεται νέες πληροφορίες. Η εισαγωγή δεδομένων, η οργάνωση και η ανάκτηση είναι πρωταρχικά ζητήματα. Η βιολογική βάση της νευρωνικής μάθησης είναι ένα νευρικό σύστημα, το οποίο αναφέρεται στη διασυνδεδεμένη δομή των εγκεφαλικών κυττάρων. Αυτή η κατανόηση της σχέσης μεταξύ της δομής και της λειτουργίας του εγκεφάλου έχει εφαρμοστεί για την ανάπτυξη καλύτερων εννοιών μάθησης και διατήρησης μνήμης. Το πλαίσιο χρησιμεύει επίσης ως βάση συστημάτων τεχνητών νευρωνικών δικτύων.
Σύμφωνα με το μοντέλο νευρωνικής μάθησης, οι πληροφορίες εισέρχονται πρώτα στον εγκέφαλο μέσω της εισαγωγής δεδομένων. Ο εγκέφαλος πρέπει στη συνέχεια να αποθηκεύσει αυτές τις πληροφορίες και να τις συνδυάσει με ήδη υπάρχουσες πληροφορίες μέσω της οργάνωσης δεδομένων. Το τελευταίο βήμα είναι η ανάκτηση δεδομένων, κατά την οποία ο εγκέφαλος αναπτύσσει συστήματα για τη λήψη αποθηκευμένων πληροφοριών από το μυαλό και τη χρήση τους. Επομένως, η νευρωνική μάθηση αναφέρεται σε αυτές τις συλλογικές διαδικασίες στις οποίες ο εγκέφαλος συλλέγει, αποθηκεύει και χρησιμοποιεί πληροφορίες που αποκτήθηκαν μέσω των εμπειριών της ζωής. Μερικές φορές, οι διαδικασίες μάθησης κωδικοποιούνται τόσο στον εγκέφαλο που η ανάκτηση πληροφοριών γίνεται σχεδόν αυτόματα, όπως σε απειλητικές καταστάσεις.
Η μνήμη είναι επομένως μια ζωτική έννοια στη νευρωνική μάθηση, όπως ακριβώς συμβαίνει και με τους υπολογιστές. Η αποτελεσματική κωδικοποίηση πληροφοριών μπορεί να βοηθηθεί με μνημονικές τεχνικές. Αυτές οι μέθοδοι περιλαμβάνουν την απομνημόνευση μεγάλων κομματιών πληροφοριών μέσω ενδείξεων μνήμης. Για παράδειγμα, ένα άτομο μπορεί να επιδιώξει να μάθει μια μεγάλη σειρά λέξεων δημιουργώντας μια πρόταση στην οποία κάθε λέξη περιέχει το πρώτο γράμμα κάθε λέξης στη λίστα. Μια άλλη προσέγγιση μπορεί να περιλαμβάνει τη δημιουργία μιας ευφάνταστης οπτικής εικόνας που αντιπροσωπεύει μια λέξη. Αυτή η προσέγγιση είναι συνηθισμένη στην απομνημόνευση πολύπλοκων πληροφοριών όπως ιατρικοί όροι.
Οι μνημονικές συσκευές συχνά εξαρτώνται από μια άλλη σημαντική έννοια στη νευρωνική μάθηση: τον τύπο του στυλ μάθησης που είναι πιο συνδεδεμένος να εφαρμόσει ένας εγκέφαλος. Μερικά άτομα είναι πιο ικανά με τις μεθόδους οπτικής μάθησης, ενώ άλλα λειτουργούν καλύτερα όταν η μάθηση βασίζεται περισσότερο στην ανάγνωση ή στη λέξη. Άλλες προσεγγίσεις μπορεί να περιλαμβάνουν την ακουστική μάθηση και την εφαρμοσμένη συνεργατική μάθηση.
Μερικοί δάσκαλοι νευρωνικής μάθησης ασπάζονται μια ολιστική προσέγγιση στη μάθηση. Με άλλα λόγια, τα άτομα θα πρέπει να εξετάζουν τις ιδέες και τις έννοιες με φυσιοκρατικό τρόπο, αντί να βασίζονται σε μεθόδους περιληπτικής μάθησης που δίνουν έμφαση σε συγκεκριμένα και μεμονωμένα γεγονότα. Η λήψη σημειώσεων μπορεί επομένως να αποτελείται από μια προσέγγιση που μοιάζει με δέντρο, στην οποία οι έννοιες διακλαδίζονται η μία από την άλλη και τα άτομα δημιουργούν τους δικούς τους μοναδικούς συσχετισμούς για να στερεοποιήσουν τις έννοιες στη μνήμη τους.
Η μετάδοση και αποθήκευση πληροφοριών πραγματοποιείται μεταξύ δικτύων νευρώνων ή εγκεφαλικών κυττάρων. Τα νευρωνικά δίκτυα αποτελούν επίσης τη βάση πολλών τεχνητών νοημοσύνης. Στην πραγματικότητα, η νευρωνική μάθηση μερικές φορές αναφέρεται σε μεθόδους σχεδιασμού τεχνητής νοημοσύνης που μιμούνται τις ανθρώπινες νευρικές δομές. Τέτοια νευρωνικά δίκτυα έχουν αποδειχθεί χρήσιμα σε πολυάριθμους πολύπλοκους χώρους απόδοσης μηχανών, που κυμαίνονται από την αναγνώριση ομιλίας έως την εφαρμογή ελέγχων για ρομπότ.
Για αυτές τις μεθόδους, οι τεχνητές μικρές δομές που σχηματίζονται σύμφωνα με τους ανθρώπινους νευρώνες είναι γνωστές ως μονάδες ή κόμβοι. Όπως οι νευρώνες, αυτές οι μονάδες είναι προγραμματισμένες να λαμβάνουν εισερχόμενες πληροφορίες ή εισόδους, καθώς και να μεταδίδουν πληροφορίες ή εξόδους. Στις μηχανές τεχνητής νοημοσύνης, τα στοιχεία εισόδου και εξόδου συνδέονται επανειλημμένα έτσι ώστε να δημιουργούνται συσχετισμοί μέσα στο σύστημα τεχνητής νοημοσύνης. Αυτές οι συσχετίσεις που σχηματίζονται αποτελούν νευρωνική μάθηση για το σύστημα και — όπως η ανθρώπινη μάθηση — οι συσχετισμοί μπορούν να ενισχυθούν καθώς κωδικοποιούνται και απομνημονεύονται. Η ενίσχυση γίνεται μέσω κανόνων εκμάθησης ή σταθμισμένων μετρήσεων και μαθηματικών νευρικών αλγορίθμων.