Neurobiologia (ang. neuroscience), jest jedną z najszybciej rozwijających się obecnie dziedzin nauk przyrodniczych. Jako nauka interdyscyplinarna, neurobiologia obejmuje badania dotyczące struktury, funkcji, a także rozwoju ośrodkowego i obwodowego układu nerwowego człowieka i zwierząt, zarówno w warunkach fizjologicznych jak i patologicznych. W związku z tym, neurobiologia łączy biologię, biochemię i farmakologię z anatomią i fizjologią oraz psychologią i elementami nauk medycznych.
Największe wyzwanie, stojące przed neurobiologią, stanowi mózg ludzki, który jest najbardziej skomplikowanym obiektem w znanym Wszechświecie. Głównym celem badań neurobiologicznych jest zrozumienie biologicznych podstaw działania mózgu i pozostałych elementów układu nerwowego, w tym także biologicznego podłoża zjawisk psychicznych i zachowania człowieka.
Badania neurobiologiczne mają znaczenie zarówno poznawcze jak i praktyczne, gdyż z powodu starzenia się społeczeństw, choroby o podłożu neurologicznym i psychicznym stanowią coraz większy problem medyczny i społeczny. Aby rozwiązać te zagadnienia, z przyczyn etycznych i praktycznych posługując się często odpowiednimi modelami zwierzęcymi, neurobiologia zajmuje się badaniami na wielu poziomach, począwszy od molekularnego, przez pojedyncze komórki nerwowe i ich niewielkie zespoły, poszczególne, wyspecjalizowane systemy, aż po poziom globalny, dotyczący mózgu jako całości.