Neuraalinen oppiminen perustuu uskomukseen, että aivot toimivat kuin tietokone, kun ne käsittelevät uutta tietoa. Tietojen syöttäminen, järjestäminen ja hakeminen ovat ensisijaisia näkökohtia. Neuraalisen oppimisen biologinen perusta on hermosto, joka viittaa aivosolujen yhteenliitettyyn rakenteeseen. Tätä ymmärrystä aivojen rakenteen ja toiminnan välisestä suhteesta on sovellettu paremman oppimisen ja muistin säilyttämisen käsitteiden kehittämiseen. Kehys toimii myös perustana keinotekoisille hermoverkkojärjestelmille.
Neuraalisen oppimismallin mukaan tieto tulee ensin aivoihin tietojen syöttämisen kautta. Aivojen on sitten tallennettava nämä tiedot ja yhdistettävä ne jo olemassa oleviin tietoihin tietojen järjestämisen kautta. Viimeinen vaihe on tietojen haku, jossa aivot kehittävät järjestelmiä tallennetun tiedon ottamiseksi mieleltä ja sen käyttämiseksi. Neuraalinen oppiminen tarkoittaa siis näitä kollektiivisia prosesseja, joissa aivot keräävät, tallentavat ja käyttävät elämänkokemusten kautta saatuja tietoja. Joskus oppimisprosessit koodataan aivoissa niin, että tiedonhaku tapahtuu lähes automaattisesti, kuten uhkaavissa tilanteissa.
Muisti on siksi keskeinen käsite hermooppimisessa, aivan kuten tietokoneissa. Tietojen tehokasta koodausta voidaan auttaa mnemonisilla tekniikoilla. Näihin menetelmiin kuuluu suurten informaatiokappaleiden tallentaminen muistin avulla. Esimerkiksi henkilö voi yrittää oppia pitkän sanasarjan luomalla lauseen, jossa jokainen sana sisältää luettelon jokaisen sanan ensimmäisen kirjaimen. Toinen lähestymistapa voi sisältää mielikuvituksellisen visuaalisen kuvan luomisen, joka edustaa sanaa. Tämä lähestymistapa on yleinen muistettaessa monimutkaisia tietoja, kuten lääketieteellisiä termejä.
Mnemoniset laitteet ovat usein riippuvaisia toisesta tärkeästä hermooppimisen käsitteestä: oppimistyylin tyypistä, jonka aivot ovat eniten kytketty toteuttamaan. Jotkut ihmiset tuntevat visuaaliset oppimismenetelmät paremmin, kun taas toiset toimivat paremmin, kun oppiminen on enemmän lukemista tai sanapohjaista. Muita lähestymistapoja voivat olla kuulo -oppiminen ja soveltava yhteistyöoppiminen.
Jotkut hermooppimisen opettajat omaksuvat kokonaisvaltaisen lähestymistavan oppimiseen. Toisin sanoen yksilön tulisi harkita ideoita ja käsitteitä naturalistisella tavalla sen sijaan, että luottaisi harvinaisiin oppimismenetelmiin, jotka korostavat erityisiä ja yksittäisiä tosiasioita. Muistiinpanot voivat siis koostua puumaisesta lähestymistavasta, jossa käsitteet haarautuvat toisistaan ja yksilöt luovat omia ainutlaatuisia assosiaatioita kiinteyttääkseen käsitteitä muistissaan.
Tietojen siirto ja tallennus tapahtuu neuroniverkostojen tai aivosolujen välillä. Neuraaliverkot ovat myös monen tekoälyn perusta. Itse asiassa hermooppiminen viittaa joskus tekoälyn suunnittelumenetelmiin, jotka jäljittelevät ihmisen hermorakenteita. Tällaiset hermoverkot ovat osoittautuneet hyödyllisiksi lukuisilla monimutkaisilla koneen suorituskykyalueilla aina puheentunnistuksesta robottien käyttöönottoon.
Näissä menetelmissä keinotekoiset pienet rakenteet, jotka on kuvioitu ihmisen neuronien jälkeen, tunnetaan yksiköinä tai solmuina. Kuten neuronit, nämä yksiköt on ohjelmoitu vastaanottamaan tulevaa tietoa tai syötettä ja myös lähettämään tietoa tai lähtöä. Tekoälykoneissa tulo- ja lähtökomponentit on yhdistetty toistuvasti niin, että tekoälyjärjestelmään luodaan assosiaatioita. Nämä muodostuneet yhdistykset muodostavat järjestelmän hermooppimisen, ja – ihmisten oppimisen tavoin – assosiaatioita voidaan vahvistaa, kun ne on koodattu ja tallennettu muistiin. Vahvistaminen tapahtuu oppimissääntöjen tai painotettujen mittausten ja matemaattisten hermoalgoritmien kautta.