علم أعصاب متعددي اللغات هو دراسة التعدد اللغوي في مجال علم الأعصاب. وتشمل هذه الدراسات تمثيل أنظمة اللغة المختلفة في الدماغ، وتأثيرات التعدد اللغوي على اللدونة العصبية او مطاوعة الدماغ، و الحبسة (فقدان القدرة على الكلام) في الأفراد متعددي اللغات وثنائيي اللغة ثنائيي النمط (الناس الذين يمكنهم التحدث بلغة إشارات واحدة ولغة شفوية واحدة). يتم إجراء دراسات عصبية لمتعددي اللغات باستخدام التصوير العصبي الوظيفي ، علم الوظائف الكهربائية للأعضاء ، ومن خلال مراقبة الأشخاص الذين عانوا من تلفات في الدماغ.
يحتوي الدماغ على مناطق مخصصة للتعامل مع اللغة، وتقع في القشرة المحيطية في نصف الكرة الأيسر. تعتبر هذه المناطق ضرورية لأداء مهام اللغة، ولكنها ليست المناطق الوحيدة المستخدمة؛ حيث تنشط أجزاء متباينة من نصفي الدماغ الأيمن والأيسر أثناء إنتاج اللغة. يوجد لدى الأفراد متعددي اللغات قدر كبير من التشابه في مناطق الدماغ المستخدمة لكل لغة من لغاتهم. تم الحصول على رؤى في علم الأعصاب المتعلق بالتعدد اللغوي من خلال دراسة الأفراد متعددي اللغات الذين يعانون من فقدان القدرة على الكلام، أو فقدان لغة واحدة أو أكثر نتيجة لتلف في الدماغ. يمكن أن يظهر مرضى فقدان القدرة على النطق ثنائي اللغة أنماطًا مختلفة من التعافي؛ فقد يستعيدون لغة واحدة ولكن لا يستعيدون لغة أخرى، أو قد يستعيدون اللغتين في نفس الوقت، أو قد يخلطون بشكل لا إرادي بين لغات مختلفة أثناء إنتاج اللغة خلال فترة التعافي. يتم تفسير هذه الأنماط من خلال النظرة الديناميكية لفقدان القدرة على الكلام في ثنائي اللغة، والتي تنص على أن نظام التمثيل والتحكم في اللغة يتعرض للخطر نتيجة لتلف الدماغ.
وقد أجريت أبحاث أيضًا في علم الأعصاب لدى ثنائيي اللغة ثنائيي النمط، أو الأشخاص الذين يمكنهم التحدث بلغة شفهية واحدة ولغة إشارة واحدة. كما قدمت الدراسات التي أجريت على ثنائيي اللغة ثنائيي النمط نظرة ثاقبة حول ظاهرة طرف اللسان ، والذاكرة العاملة ، وأنماط النشاط العصبي عند التعرف على تعابير الوجه ، والإشارة، والتحدث.