21世纪被世界科学界公认为是生物科学、脑科学的时代。在上个世纪末欧美“脑十年”和日本“脑科学时代”计划的推动之下，对人脑语言、记忆、思维、学习和注意等高级认知功能进行多学科、多层次的综合研究已经成为当代科学发展的主流方向之一，而认知神经科学的根本目标就是阐明各种认知活动的脑内过程和神经机制，揭开大脑—心灵关系之谜。
传统的心理学基础研究即认知心理学，仅是从行为、认知层次上探讨人类认知活动的结构和过程。而认知神经科学作为一门新兴的研究领域，则高度融合了当代认知科学、计算科学和神经科学，把研究的对象从纯粹的认知与行为扩展到脑的活动模式及其与认知过程的关系。对认知神经科学的意义与前景，国际科学界已经形成共识，许多人把它看成是与基因工程、纳米技术一样在近期内会取得突破性进展的学科。
认知神经科学的特点是强调多学科、多层次、多水平的交叉。它把行为、认知和脑机制三者有机结合起来，试图从分子、突触、神经元等微观水平上和系统、全脑、行为等宏观水平上全面阐述人和动物在感知客体、形成表象、使用语言、记忆信息、推理决策时的信息加工过程及其神经机制。传统的研究手段有认知行为实验、神经心理学检查、单细胞活动记录、神经结构解剖等。
近十年来认知神经科学的一个重要发展就是利用神经影像技术，对正常人在进行某种认知操作时的脑活动模式进行无创伤性的功能成像。例如，研究者可以要求正常实验对象躺在医院的核磁共振扫描仪中，从事上述认知任务。与一般临床神经影像检查不同的是，磁共振扫描仪这时记录的不是大脑的结构图像，而是与注意选择、控制干扰有关的脑区活动变化的图像。通过比较一致和不一致两种实验条件下脑区活动的差异，我们就可以清晰地看到了解服务于注意选择、控制干扰的脑区活动网络。脑功能成像的结果可以与用其他研究手段得来的结果相互印证，加强科学结论和理论的建立。
