Kolmikaju viitab hüpoteesile inimese aju arenemise ja toimimise kohta, mille pakkus esmakordselt välja neuroteadlane Paul D. MacLean 1960. aastatel. See eeldab, et aju saab jagada kolmeks osaks, mida nimetatakse reptiilide kompleksiks, paleomammallaste kompleksiks ja neomammalioosi kompleksiks, mis tekkisid evolutsiooni käigus järjestikku ja on seotud järjest arenenumate mõttevormidega. Nüüd peetakse seda ümberlükatuks tänu hilisematele uuringutele neuroloogias, paleontoloogias ja sellega seotud valdkondades, kuigi see säilitab oma kohaloleku populaarkultuuris.
Kolmikaju hüpoteesi kohaselt on inimese aju vanim ja elementaarseim osa rühm närviklastreid, mida nimetatakse basaalganglioniteks ja mis paiknevad aju all. Seda nimetatakse reptiilide kompleksiks, kuna see kolmikaju osa arvati olevat arenenud inimkonna kaugetes imetaja-eelsetes evolutsioonilistes esivanemates. Kolmekordses ajumudelis juhib reptiilsete kompleks primitiivseid instinkte, nagu agressioon, domineerimine ja võitle-või-põgene reaktsioon.
Teine osa, paleomammalia kompleks, hõlmab aju struktuure, mida nüüd nimetatakse limbiliseks süsteemiks. See hõlmab amügdalat, hipokampust ja hüpotalamust koos tsingulaajukoorega ja ajukoore osadega. MacLean väitis, et need struktuurid reguleerivad emotsioone ja käitumist, nagu paljunemine, lapsevanemaks olemine ja toitmine. Hüpoteesi kohaselt arenes see ajuosa esmakordselt välja varajaste imetajate seas. MacLean oli esimene neuroteadlane, kes tuvastas limbilise süsteemi ja selle tähtsuse ning seda kontseptsiooni kasutatakse tänapäevases neuroteaduses endiselt laialdaselt, vaatamata sellele, et kolmikaju hüpoteesi tervikuna diskrediteeriti.
Kolmas osa, mida nimetatakse neoimetajate kompleksiks, on neokorteks. Neokorteks on ajukoore osa, mida leidub eranditult imetajatel. Kolmekordses ajumudelis on uusimetajate kompleks aju uusim osa, mis areneb ja vastutab kõrgemate vaimsete funktsioonide eest, nagu keel ja abstraktne mõtlemine.
Basaalganglionid esinevad kõigil selgroogsetel ja seega on nende evolutsioon tõenäoliselt oluliselt varasem roomajate tekkele. Sarnaselt ei ole paleommetajate kompleksi kuuluvad ajustruktuurid imetajate jaoks ainulaadsed ja paljud mitteimetajatest selgroogsed näitavad neile omistatud toitvat ja lapsi kasvatavat käitumist. Sauropsiididel, lindude, roomajate ja dinosauruste klassifikatsioonil, avastati hiljem, et nende ajustruktuurid on sarnased sellele, mida MacLean nimetas neoimetajate kompleksiks, mis näitab, et nende struktuuride evolutsioon on ka enne imetajate evolutsiooni. Mõnedel linnuliikidel on olemas ka keerukad vaimsed võimed, mida kunagi arvati olevat ainult imetajatel, näiteks tööriistade valmistamine.
Ka kolmikaju idee kaotas usutavuse inimaju suurema mõistmise tõttu. Näiteks võib ajukahjustus mõnes paleomammaliaalse kompleksi osaks klassifitseeritud piirkonnas kahjustada kognitiivseid funktsioone, mis on väidetavalt neoimetajate kompleksi ainus domeen. Seda on raske arvestada närvisüsteemi mudelis, mis omistab kõik kõrgemad vaimsed funktsioonid ühele konkreetsele ajuosale.