Neuropsykologia on tutkimus ihmisen käyttäytymisen ja kognitiivisen toiminnan muutoksista, usein jonkinlaisen fyysisen aivovaurion jälkeen. Siksi se on risteyskohta psykologian ja kliinisen neurologian välillä. Suurimmaksi osaksi neuropsykologia on soveltava tiede, ja useimmat neuropsykologit yrittävät aktiivisesti auttaa potilaita kliinisessä ympäristössä. Kliinisen hoidon ulkopuolella neuropsykologit voivat myös olla aktiivisia diagnosoimaan käyttäytymismuutoksia ihmisillä oikeudenkäynneissä, antamaan tietoa kiinteistä psykologisista vastauksista tuotesuunnittelussa, tutkimalla terveiden potilaiden reaktioita ärsykkeisiin tai kehittämällä uusia kliinisiä hoitoja häiriöihin.
Kliinisissä tutkimuksissa neuropsykologia tutkii usein ihmisiä, jotka ovat kärsineet jonkinlaisista aivovaurioista. Tarkastelemalla vaurion tyyppiä, vaikutuksen alaa ja oireita ne auttavat ymmärtämään paremmin, miten aivojen eri alueet vaikuttavat käyttäytymiseen ja kognitioon. Tämä työ on auttanut luomaan aivoille paremman kartan kahden viime vuosikymmenen aikana ja antanut neuropsykologeille parempia työkaluja työnsä tekemiseen.
Kun kohdataan potilas, joka kärsii jonkinlaisesta kognitiivisesta häiriöstä, neuropsykologin ensimmäinen tehtävä on yrittää selvittää, johtuuko häiriö todellisesta fyysisestä patologiasta vai onko se puhtaasti psykologinen häiriö. Tämä tehdään käyttämällä sekä psykologisia että neurologisia työkaluja. Potilas voi esimerkiksi suorittaa useita erilaisia standardoituja testejä, joissa tarkastellaan muistitoimintoaan, laajaa älykkyyttään, visuaalista säilyttämistä ja sanayhdistelmää. Heille voidaan myös suorittaa toiminnallinen magneettikuvaus (fMRI) -testi tai positronipäästöjen topografiatesti (PET), jotta voidaan nähdä, onko aivoissa näkyviä ongelmia.
Viime vuosina neuropsykologia on alkanut hyödyntää tietokonesimulaatioita entistä tehokkaammin. Tätä lähestymistapaa neuropsykologiaksi kutsutaan nimellä konnektionismi, ja siinä käytetään monimutkaisia keinotekoisia hermoverkkoja simuloimaan aivan perustasolla ihmisen aivoja. Kun järkevä malli on kehitetty, se voidaan vaurioittaa keinotekoisesti, simuloimalla vaurioita tai muita fyysisiä traumoja, nähdäkseen mitä tapahtuu. Vaikka mikään keinotekoinen hermoverkko ei ole lähellä ihmisen aivojen täydellistä simulointia, hienon hallinnan taso ja saadut tiedot tekevät Connectionismista erittäin tehokkaan tavan oppia lisää aivovammojen seurauksista.
Vaikka suurin osa neuropsykologiasta tapahtuu kliinisellä tasolla, suuri yleisön kiinnostus kohdistuu kokeelliseen neuropsykologiaan. Tämä koulu tutkii terveitä yksilöitä eikä niitä, jotka kärsivät jonkinlaisesta aivotraumasta, ja tutkii, miten he reagoivat erilaisiin panoksiin. Tällä pyritään ymmärtämään paremmin, miten aivomme toimivat ja miten hermostomme reaktiot vaikuttavat niihin, mikä puolestaan voi auttaa kliinisiä tutkijoita löytämään uusia parannuskeinoja ja hoitoja. Toimittajat kirjoittavat usein kokeellisten neuropsykologien tutkimuksista suosituista julkaisuistaan johtuen niiden luonteesta.