العلوم العصبية هي دراسة علمية للجهاز العصبي، وفرع متداخل التخصصات لعلم الأحياء، يجمع بين الفسيولوجيا العصبية، والتشريح العصبي، والعلوم العصبية الجزيئية، والنماء العصبي، والعلوم العصبية الخلوية والحاسوبية، وعلم النفس لفهم الخصائص الأساسية والطارئة على العصبونات وشبكاتها الحيوية. وصف إريك كانديل فهم الأساس البيولوجي للتعلم والذاكرة والسلوك والإدراك والوعي بأنه «التحدي النهائي» لعلم الأحياء.
اتسع نطاق العلوم العصبية بمرور الوقت ليشمل مناهج مختلفة تستخدم لدراسة الجهاز العصبي بمقاييس مختلفة، وقد توسعت التقنيات المستخدمة من قبل علماء الأعصاب بشكل كبير، لتمد من الدراسات الجزيئية والخلوية للعصبون الواحد إلى التصوير العصبي للمهام الحسية والحركية في الدماغ.