比較生理心理學是指藉助實驗手段比較研究不同動物的生理、行為和心理現象規律的學科。關於大腦生理過程的早期知識主要來自對腦外傷病人的臨床觀察。因為頭部損傷的病人常表現出與特定部位損害相聯繫的行為病症，如頂葉損傷引起空間定位能力缺失，左半球顳葉損傷引起語言能力障礙，等等。之後，關心腦機制的科學家們用實驗的方法，損壞動物腦的局部區域，以揭示其功能。
關於神經活動的許多基礎知識主要來自只有簡單神經系統的動物，如槍烏蜊。槍烏劁有粗大、結實的神經纖維，研究者可以直接把電極插入其中，以記錄神經信號。生物電技術的發展，使在神經水平上記錄很小的電和化學變化成為可能，在槍烏蜊身上使用的一套技術得以套用於更複雜的動物神經系統。結果表明，神經傳導的一般原理在所有動物身上都十分相似。但是，有證據表明，雖然大鼠、猴和人的腦結構存在相似性，然而中樞神經系統的運作在行為和生理上的後果並不必定一樣。這在不同動物的學習記憶特點上特別明顯。因此，只有比較分析腦和行為之間的關係，才能闡明行為及其生理基礎的一般原理。比較生理心理學的奠基首費里爾19世紀初對魚類、蛙、兔、鴿子、狗、貓和猴等腦的不同區域進行手術，觀察神經系統不同部分在支配行為中的作用，並對不同動物進行比較研究。他研究了不同動物切除小腦組織對站立、保持姿勢、行走、跳躍或飛行等能力的影響。報告說，小腦的全部切除，對鳥類的影響比蟾蜍和魚類大，但比猴小，鴿子最終能恢復這種嚴重的小腦損傷；大腦半球完全切除，對魚、蛙和鴿子的影響不大．但狗完全不能站立和行走。他不僅第一個詳細觀察不同動物同一區域腦損傷的後果，而且第一個發展對健康動物暴露的大腦施加電刺激以確定行為後果這一技術。弗朗茲和拉什利在20世紀初利用頭部受傷的士兵或用切除大鼠皮層組織的方法．確定大腦結構與功能的關係，得出結論說，腦的特定結構的機能定位可能至多只限於動物生命發展的某些階段。許多現代研究者把注意集中在尋找支配被研究行為的神經”中樞”或專門“系統”上。如下丘腦被看作動機行為和爭勝行為的中樞．海馬被認為在中樞神經系統中具有初期形成記憶痕跡的特徵。現代科學家強調指出，任何一個實驗案例中，一定獨立變數的效果不可能在不同動物身上保持不變。因此，有人在設計有關學習能力的實驗時提出這樣的問題：對一種動物適宜的學習誘因是否對另一種動物具有相同效果?貝里托夫系統研究了腦損傷對不同動物記憶的影響，得出結論說，從魚類到猴類，動物的表象記憶有一個逐漸發展的過程（在進化的低級階段，如魚和兩棲動物只存在短期記憶，鳥類是進化上首先具有長期記憶的動物）；前腦損傷會引起所有研究過的動物的空間表象記憶障礙，對大腦較發達的動物，如貓、狗和猴，影響更大。
