Strokovnjaki s področja nevroznanosti izvajajo podrobne laboratorijske poskuse in klinična preskušanja, da bi spoznali strukturo in delovanje možganov. Znanstveniki ugotavljajo, kako delujejo določeni kognitivni procesi in kako se različna področja možganov razvijajo in spreminjajo skozi vse življenje. Da bi postal del raziskovalne skupine nevroznanosti, mora posameznik običajno pridobiti doktorat iz specialnosti in pridobiti večletne izkušnje, da bi razumel neverjetno kompleksno naravo spoznanja. Pridobivanje doktorata iz nevroznanosti običajno vključuje približno osem let fakultete in dokončanje podrobne disertacije, ki temelji na neodvisnih raziskavah.
Oseba se lahko na doktorski program nevroznanosti pripravi že v srednji šoli. Za pripravo na pouk na fakulteti lahko opravi napredne tečaje biologije, fizike, anatomije in psihologije. Svetovalci lahko srednješolcem pomagajo identificirati akreditirane dodiplomske šole, ki jim bodo sčasoma pomagale priti v doktorske programe. Pri izbiri štiriletne univerze mora študent upoštevati ugled naravoslovnega programa posamezne šole in možnosti za pripravništvo ali delovna mesta raziskovalca.
Večina brucev na fakulteti, ki želijo pridobiti doktorski študij nevroznanosti iz psihologije, biologije ali predmedicinskih študij. Takšni študijski programi študentom nudijo podlago za morebitno raziskovalno delo. Študenti pogosto obiskujejo tečaje kognitivne psihologije, študij možganov in vedenja, anatomije in statistike. Študentje se lahko skozi študij v razredu in laboratoriju seznanijo z aktualnimi trendi v raziskovanju in se odločijo za področja, na katera želijo osredotočiti svoje osebno raziskovanje. Mnogi študenti opravljajo pripravništvo v univerzitetnih laboratorijih, da bi izboljšali svoje možnosti za sprejem v podiplomske programe.
Ob koncu dodiplomskega programa se lahko nevroznanstvenik, ki upajo, začne prijavljati na podiplomske šole. Večina akreditiranih univerz vsako leto izbere zelo omejeno število kandidatov na podlagi izobraževalnega uspeha, rezultatov sprejemnih izpitov, raziskovalnih izkušenj in osebnih esejev. Bodoči študent z jasnimi raziskovalnimi cilji in močnimi priporočili dodiplomskih profesorjev bo verjetno sprejet za sprejem. Novi študenti se običajno srečajo s svetovalci, da pripravijo načrte diplom po meri, vključno z vrstami tečajev, ki jih bodo obiskovali, in profesorji, s katerimi so najbolj primerni za izvajanje raziskav.
Doktorski študenti nevroznanosti obiskujejo predavanja v razredu in sodelujejo pri laboratorijskih raziskavah. Pogosto delajo v skupinah z drugimi študenti in profesorji pri smiselnih eksperimentih. Odvisno od področja zanimanja in posebnosti posameznika lahko pomaga prepoznati kognitivne procese, raziskati genetsko osnovo duševne motnje ali raziskati morebitne koristi ali stranske učinke zdravil.
Za pridobitev doktorata iz nevroznanosti mora študent običajno opraviti veliko neodvisnih raziskav. Rezultati so zbrani in organizirani v obliki disertacije, ki jo predstavijo komisiji profesorjev, univerzitetnih administratorjev in strokovnjakov za nevroznanost. Po uspešni predstavitvi disertacije in diplomi na programu nevroznanosti lahko posameznik začne iskati podoktorske štipendije v zasebnih laboratorijih, univerzah in farmacevtskih podjetjih.