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La psicobiologia (il termine deriva dal greco psyché (ψυχή) = "anima", bìos (βίος) = "vita" e logos (λόγος) = "scienza"), chiamata anche psicologia biologica, è una branca delle neuroscienze che studia il comportamento, ovvero l'insieme di tutte le attività manifeste dell'organismo così come tutti i processi mentali (percezione, attenzione, memoria, apprendimento, emozioni), in relazione alle sue basi biologiche, strutture e processi corporei appartenenti in particolar modo al sistema nervoso.
Gli esperimenti degli psicobiologi vengono effettuati sia su animali che su esseri umani sani o con lesioni a carico del sistema nervoso. Soprattutto in quest'ultimo campo di indagine si sovrappone ad un'altra branca delle neuroscienze, la neuropsicologia, che studia solo il sistema nervoso centrale, è molto più influenzata dalla psicologia cognitiva ed opera ad un livello maggiormente macroscopico, focalizzandosi su estese aree del cervello.