Die Neurobiologie (oder Neurowissenschaft) ist die wissenschaftliche Untersuchung des Nervensystems. Sie ist ein multidisziplinärer Zweig der Biologie, der Physiologie, Anatomie, Molekularbiologie, Entwicklungsbiologie, Zytologie, mathematische Modellierung und Psychologie kombiniert, um die grundlegenden und emergenten Eigenschaften von Neuronen und iher Vernetzung zu verstehen.

Das Verständnis der biologischen Grundlagen von Lernen, Gedächtnis, Verhalten, Wahrnehmung und Bewusstsein wurde von Eric Kandel als die "ultimative Herausforderung" der Biowissenschaften beschrieben.

Der Umfang der Neurowissenschaften hat sich im Laufe der Zeit erweitert und umfasst verschiedene Ansätze zur Untersuchung des Nervensystems in verschiedenen Maßstäben. Die von Neurowissenschaftlern verwendeten Techniken haben sich enorm entwickelt, von molekularen und zellulären Untersuchungen einzelner Neuronen bis hin zur Bildgebung sensorischer, motorischer und kognitiver Vorgänge im Gehirn.

Die früheste bekannte Beschreibung des Nervensystems stammt aus dem alten Ägypten. Trepanation, eine chirurgische Praxis, bei der man ein Loch in den Schädel bohrt oder schabt, um Kopfverletzungen oder psychische Störungen zu heilen oder den Schädeldruck zu verringern, wurde erstmals durch Fundmaterial aus der Jungsteinzeit nachgewiesen. Manuskripte aus dem Jahr 1700 v. Chr. zeigen, dass die Ägypter einige Kenntnisse über Symptome von Hirnschäden hatten.