腦科學從分子水平、細胞水平、行為水平研究自然智能機理，建立腦模型，揭示人腦的本質。19世紀末葉，Cajal染色法的發明在技術上為Cajal的神經元學說研究準備了前提條件。20世紀40年代末期微電極的發明，開創了神經生理研究的新時代，對神經活動的認識因此出現了重大的飛躍。20世紀60年代后期神經科學概念的出現是人類認識腦的歷程中的又一個里程碑。細胞與分子水平的研究異軍突起，形成迄今方興未艾的巨大洪流。成果對單個離子通道的研究只有當模片鉗位技術在70年代末發展起來后才有可能，并且終于改變了對神經活動基本過程的認識。分子遺傳達室學方法的發展才使近年來對許多遺傳達室性神經、精神性疾患的缺損基因定位得以成功。無創傷大腦成像技術的建立為人們認識活體腦的活動及分析其機制提供了前所未有的有效工具。20世紀90年代開始，人們開始重視腦科學研究中整合性觀點的重要性。

在神經系統的活動中存在著一些具有普遍意義的基本過程，包括神經信號的發生、轉導、傳導、突觸傳遞等。在離子通道方面，將會發現更多的新通道。對于神經遞質存貯、保持、釋放、調節過程目前已經有了一幅概圖，其中的一些精細過程將得以清楚地闡明。對C-蛋白耦合的第二信使級聯反應所介導的信號轉導方式及其在腦功能中的作用的研究，會有重要的拓展。人們將不斷揭示新的神經調制方式，對神經系統控制其自身特性方式的多樣性形成更完整的認識。

對于腦的高級功能，諸如感知、運動控制、學習記憶、情緒、語言、意識等的認識，可能會取得突破性的進展，幾十年來，對于以細胞、分子事件為基礎的局部神經網絡如何組裝起來構成龐大的復雜的腦來實現高級功能，既缺少有成效的研究手段，在理論上也只有很模糊的想法。感覺信息如何整合起來用以認知外部世界？意識如何被控制？意識的整體性怎樣被保持？突觸可塑性與學習和記憶形成、記憶檢索是怎樣的關系？語言的中樞表象是什么？對于這些問題，我們的了解還剛剛開始。