Neuroteaduse valdkonna eksperdid viivad läbi üksikasjalikke laborikatseid ja kliinilisi uuringuid, et õppida tundma aju struktuuri ja funktsiooni. Teadlased teevad kindlaks, kuidas teatud kognitiivsed protsessid toimivad ning kuidas erinevad ajupiirkonnad kogu elu jooksul arenevad ja muutuvad. Neuroteaduse uurimisrühma osaliseks saamiseks peab inimene tavaliselt omandama erialal doktorikraadi ja omandama mitmeaastase kogemuse, et mõista tunnetuse uskumatult keerulist olemust. Neuroteaduste doktorikraadi omandamine hõlmab tavaliselt umbes kaheksa aastat kolledžit ja sõltumatutel uuringutel põhineva üksikasjaliku väitekirja valmimist.
Inimene saab valmistuda neuroteaduste doktoriõppeks juba keskkoolis. Kolledžitundideks valmistumiseks võib ta läbida bioloogia, füüsika, anatoomia ja psühholoogia kursused. Nõustajad saavad aidata keskkooliõpilastel tuvastada akrediteeritud bakalaureusekoole, mis aitavad neil lõpuks doktoriõppesse pääseda. Nelja-aastase ülikooli valikul peaks üliõpilane arvestama iga kooli teadusprogrammi maine ning praktika- või teadusassistendi ametikoha võimalustega.
Enamik kolledži esmakursuslasi, kes soovivad teenida neuroteaduste doktorikraadi psühholoogia, bioloogia või premeditsiiniliste uuringute alal. Sellised kraadiõppeprogrammid annavad üliõpilastele aluse võimalikuks uurimistööks. Õpilased võtavad sageli kognitiivse psühholoogia, aju- ja käitumisuuringute, anatoomia ja statistika kursusi. Klassi- ja laboriuuringute kaudu on õpilastel võimalus tutvuda praeguste teadusuuringute suundumustega ja otsustada, millistele valdkondadele nad soovivad keskenduda oma isiklikule uurimistööle. Paljud üliõpilased sooritavad praktikakohti ülikooli laborites, et parandada oma võimalusi saada kraadiõppe programmidesse.
Bakalaureuseõppe programmi lõpus võib lootusrikas neuroteadlane hakata kandideerima kraadiõppesse. Enamik akrediteeritud ülikoole valib igal aastal väga piiratud arvu taotlejaid haridusedu, sisseastumiskatsete tulemuste, uurimistöö kogemuse ja isiklike esseede põhjal. Tõenäoliselt võetakse vastu tulevane üliõpilane, kellel on selged uurimiseesmärgid ja tugevad soovitused bakalaureuseõppe professoritelt. Uued üliõpilased kohtuvad tavaliselt nõustajatega, et koostada kohandatud kraadiõppekavad, sealhulgas kursuste tüübid, mida nad võtavad, ja õppejõud, kellega nad sobivad kõige paremini uurimistöö läbiviimiseks.
Neuroteaduse doktorandid käivad klassiruumis loengutes ja osalevad laboriuuringutes. Sageli töötavad nad meeskonnas teiste õpilaste ja õppejõududega sisukate katsete kallal. Olenevalt inimese huvivaldkonnast ja erialast võib ta aidata tuvastada kognitiivseid protsesse, uurida psüühikahäire geneetilisi aluseid või uurida ravimite võimalikke eeliseid või kõrvalmõjusid.
Neuroteaduste doktorikraadi saamiseks peab üliõpilane tavaliselt läbi viima palju sõltumatut uurimistööd. Tulemused kogutakse ja korraldatakse väitekirja vormis, mis esitatakse professoritest, ülikooli administraatoritest ja praktiseerivatest neuroteaduste ekspertidest koosnevale paneelile. Pärast väitekirja edukat esitamist ja neuroteaduste programmi lõpetamist võib inimene hakata otsima järeldoktorantuuri stipendiume eralaborites, ülikoolides ja farmaatsiaettevõtetes.