Kolmiyhteiset aivot viittaavat hypoteesiin ihmisen aivojen kehityksestä ja toiminnasta, jonka neurotieteilijä Paul D. MacLean ehdotti ensimmäisen kerran 1960 -luvulla. Siinä oletetaan, että aivot voidaan jakaa kolmeen osaan, joita kutsutaan matelijoiden kompleksiksi, paleomammalien kompleksiksi ja neomammalien kompleksiksi, jotka syntyivät peräkkäin evoluution aikana ja ovat sidoksissa asteittain kehittyneempiin ajattelumuotoihin. Sitä pidetään nyt kumotuna myöhemmän neurologian, paleontologian ja siihen liittyvien alojen tutkimuksen vuoksi, vaikka se säilyy läsnä populaarikulttuurissa.
Kolmiyhteisen aivojen hypoteesin mukaan ihmisen aivojen vanhin ja perustavanlaatuisin osa on hermoryhmien ryhmä, jota kutsutaan basaaliseksi ganglioniksi, joka sijaitsee aivojen alapuolella. Tätä kutsutaan matelijakompleksiksi, joka on nimetty siksi, että tämä osa kolmiyhteisistä aivoista oletettiin kehittyneen ihmiskunnan kaukaisissa esi-isissä ennen nisäkkäitä. Kolmiyhteisessä aivomallissa matelijakompleksi hallitsee primitiivisiä vaistoja, kuten aggressiota, ylivaltaa ja taistele tai pakene -vastausta.
Toinen osa, paleomammalian kompleksi, käsittää aivojen rakenteet, joita kutsutaan nyt limbiseksi järjestelmäksi. Tämä sisältää amygdalan, hippokampuksen ja hypotalamuksen sekä aivokuoren ja aivokuoren osat. MacLean väitti, että nämä rakenteet hallitsivat tunteita ja käyttäytymistä, kuten lisääntymistä, vanhemmuutta ja ruokintaa. Hypoteesin mukaan tämä aivojen osa kehittyi ensin varhaisten nisäkkäiden keskuudessa. MacLean oli ensimmäinen neurotieteilijä, joka tunnisti limbisen järjestelmän ja sen tärkeyden, ja käsitettä käytetään edelleen laajalti nykyaikaisessa neurotieteessä huolimatta siitä, että kolmiyhteinen aivohypoteesi on myöhemmin diskreditoitu.
Kolmas osa, nimeltään neomammalian kompleksi, on neokortex. Neokortex on osa aivokuorta, joka löytyy yksinomaan nisäkkäistä. Kolmiyhteisessä aivomallissa neomammalian kompleksi on aivojen uusin osa, joka on kehittynyt, ja se vastaa korkeammista henkisistä toiminnoista, kuten kielestä ja abstraktista ajattelusta.
Perusganglionit ovat läsnä kaikissa selkärankaisissa, joten niiden kehitys on todennäköisesti ennen matelijoiden syntymistä. Samoin aivojen rakenteet, jotka kuuluvat paleomammalian kompleksiin, eivät ole ainutlaatuisia nisäkkäille, ja monet muut kuin nisäkkäät selkärankaiset osoittavat siihen liittyvää hoitavaa ja lapsikasvatusta. Sauropsideilla, jotka luokittelivat lintuja, matelijoita ja dinosauruksia, havaittiin myöhemmin olevan aivojen rakenteet, jotka ovat toiminnaltaan samankaltaisia kuin MacLean kutsui neomammalian kompleksiksi, mikä osoittaa, että näiden rakenteiden kehitys on myös ennen nisäkkäiden kehitystä. Kehittyneitä henkisiä kykyjä, joiden uskottiin kuuluvan yksinomaan nisäkkäille, kuten työkalujen valmistusta, esiintyy myös joillakin lintulajeilla.
Ajatus kolmiyhteisistä aivoista menetti myös uskottavuutensa ihmisen aivojen paremman ymmärtämisen vuoksi. Esimerkiksi aivovaurio joillakin alueilla, jotka on luokiteltu osaksi paleomammalian kompleksia, voi heikentää kognitiivisia toimintoja, jotka oletettavasti ovat neomammalian kompleksin ainoa alue. Tätä on vaikea ottaa huomioon hermostomallissa, joka liittää kaikki korkeammat henkiset toiminnot yhteen, tiettyyn aivojen osaan.