Οι νευρώνες καθρέφτης είναι ειδικοί νευρώνες στον εγκέφαλο που αποτελούν τη βάση της εμπειρίας της ενσυναίσθησης και επίσης παίζουν μια κρίσιμη λειτουργία στη μάθηση. Αυτό που τους κάνει να ξεχωρίζουν είναι ότι πυροβολούν τόσο όταν εκτελούν μια συγκεκριμένη ενέργεια όσο και όταν παρατηρούν ένα άλλο άτομο, ειδικά του ίδιου είδους, να εκτελεί αυτήν την ενέργεια. Έτσι, η νευροδραστηριότητα είναι η ίδια είτε πρόκειται για το άτομο που εκτελεί τη δράση είτε για κάποιον άλλο. Δύο θέσεις στον εγκέφαλο όπου έχουν παρατηρηθεί αυτοί οι νευρώνες είναι ο προκινητικός φλοιός και ο κατώτερος βρεγματικός φλοιός. Είναι πιθανότατα ένα κοινό νευρολογικό χαρακτηριστικό πολλών αν όχι όλων των πρωτευόντων.
Το φαινόμενο των νευρώνων καθρέφτη αποδεικνύει ότι το να βλέπεις πραγματικά σημαίνει πίστη. Υπογραμμίζουν την πραγματικότητα ότι η αντίληψη δεν είναι ένας μονόδρομος αγωγός από την πραγματικότητα στον εγκέφαλο, αλλά μάλλον ένας περίπλοκος κύκλος ανάδρασης μεταξύ των δύο. Όταν ένα άτομο βλέπει κάποιον που πιστεύει ότι πονάει, μπορεί να νιώσει μια πιο αδύναμη μορφή αυτού του πόνου. Αν αυτό το άτομο δει κάποιον να εκτελεί μια σύνθετη κινητική ενέργεια, μπορεί να φανταστεί τον εαυτό του να εκτελεί αυτήν την ενέργεια. Οι καθρέφτες νευρώνες είναι πιθανώς ένα μεγάλο μέρος αυτού που επιτρέπει στους μαθητευόμενους να αποκτήσουν δεξιότητες από τους δασκάλους τους.
Αυτοί οι νευρώνες ανακαλύφθηκαν αρχικά σε πιθήκους μακάκου τη δεκαετία του 1980 από τους Ιταλούς νευροεπιστήμονες Giacomo Rizzolatti, Leonardo Fogassi και Vittorio Gallese. Από την ανακάλυψή τους, έχουν χαιρετιστεί ως ένα από τα πιο σημαντικά πρόσφατα ευρήματα της νευροεπιστήμης και έχουν εμπλακεί σε οτιδήποτε, από την αισθησιοκινητική εκμάθηση έως την εκμάθηση γλώσσας έως τις λαϊκές θεωρίες ψυχολογίας. Μια ανεπάρκεια έχει θεωρηθεί ως η υποκείμενη νευρολογική αιτία για την παθολογία του αυτισμού ή της «τύφλωσης του μυαλού».
Η ανακάλυψη των κατοπτρικών νευρώνων είναι διαισθητικά ενδιαφέρουσα για πολλούς ανθρώπους επειδή έχουν βιώσει τα αποτελέσματά τους από πρώτο χέρι. Αυτοί οι νευρώνες είναι πιθανώς ένα μεγάλο μέρος του γιατί τα συναισθήματα, όπως η οργή ή η ευχαρίστηση, μπορεί να είναι μεταδοτικά και φαίνεται να αποτελούν τη βάση της ψυχολογίας του όχλου. Ανάλογα με το πόσο ζωντανή είναι η απεικόνιση κάποιου που βιώνει ένα δεδομένο συναίσθημα ή εκτελεί μια συγκεκριμένη εργασία, τόσο περισσότεροι νευρώνες ενεργοποιούνται και τόσο πιο σπλαχνική είναι η εμπειρία. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο οι ταινίες τείνουν να αγγίζουν το σπίτι πιο δυνατά από τις φωτογραφίες, οι οποίες με τη σειρά τους φαίνονται πιο απτές συναισθηματικά από το κείμενο.
Ακόμη και το κείμενο ενεργοποιεί κάποια κατηγορία κατοπτρικών νευρώνων επειδή οι περισσότεροι άνθρωποι «ακούνε» κείμενο με φωνή καθώς το διαβάζουν. Αυτή η ασώματη φωνή δημιουργεί μια ανεπαίσθητη ψευδαίσθηση της παρουσίας ενός άλλου ατόμου που υποβάλλεται σε μια διαδικασία σκέψης και οι άνθρωποι μπορούν να συμπάσχουν με διάφορες πτυχές της σε αυτή τη βάση.