Biologinen psykologia, joka tunnetaan myös nimellä käyttäytymistieteen neurotiede ja psykobiologia, on fysiologisten prosessien tutkimus ja niiden vaikutus ihmisen käyttäytymiseen. Tämän käsitteen mukaan käyttäytyminen liittyy erottamattomasti somaattisiin tai fysiologisiin kokemuksiin, jotka syntyvät aivojen tulkitsemalla aistinvaraisesta häiriöstä. Siksi biologinen psykologia olettaa, että mieli ja keho ovat toisistaan riippuvaisessa suhteessa ja että käyttäytymistä ruokkivat fysiologiaan perustuvat aistit.
Avicenna (980-1037 CE), persialainen lääkäri, oli ensimmäinen tiedemies, joka havaitsi psykologian ja fysiologian välisen suhteen. Tämä on ristiriidassa Platonin ja Aristotelesen ja myöhemmin René Descartesin dualistisen näkökulman kanssa. Teoksessaan Meditations on First Philosophy Descartes esitti uskomuksensa, että mieli, jonka hän ajatteli olevan tunteiden istuin, oli erillinen ilmiö biologisista aivoista, joilla oli enemmän tekemistä älykkyyden kanssa. Hän koki emotionaalisten ilmiöiden olevan silloin riippumattomia aivomateriaalin fyysisestä aineesta.
Psykologi William James esitti 19 -luvulla perustavanlaatuisessa oppikirjassaan The Principles of Psychology (1890) ajatuksen, että psykologiaa tulisi tutkia yhdessä biologian kanssa. Jamesin näkökulma herätti paljon huomiota, koska psykologin lisäksi hän oli saanut fysiologian koulutusta. Toinen psykologi, Knight Dunlap, kehitti biologisen psykologian käsitettä kirjoittamalla kirjan Psykobiologian ääriviivat (1914). Hän perusti ja julkaisi myös Psychobiology -lehden.
Biologisen psykologian tutkimuksen kautta neurotieteilijät ja yhteiskuntatieteilijät toivovat parantavansa niiden elämänlaatua, jotka saattavat kärsiä kognitiivisista häiriöistä, joihin joskus liittyy fyysisiä puutteita. Siksi sekä autismi että Alzhemierin tauti kiinnostavat suuresti biologisia psykologeja. Autismin tapauksessa sairas henkilö voi kokea vakavia ja melko havaittavia motorisia häiriöitä. Alzheimerin potilailla mahdollisen fyysisen heikkenemisen lisäksi kognitiiviset ja käyttäytymiskyvyt heikkenevät yhä enemmän taudin edetessä.
Biologisen psykologian alalla on myös kyse ratkaisujen löytämisestä psykiatrisiin häiriöihin, kuten skitsofreniaan ja kliiniseen masennukseen. Yleisesti uskotaan, että tunteet ja käyttäytyminen liittyvät aivojen kemialliseen epätasapainoon ja hermosolujen toimintahäiriöön. Neurotransmitterit ovat aivoissa luonnossa esiintyviä kemikaaleja, jotka välittävät signaaleja hermosolujen välillä. Kun heidän toimintansa häiriintyy, sillä on yleensä haitallinen vaikutus henkilön mielialaan. Häiriö voi aiheuttaa masennusta tai kuulo- ja/tai visuaalisia havaintoja skitsofrenian tapauksessa.