Limbiline lobe, mida nimetatakse ka limbiliseks süsteemiks või paleomammali ajuks, on ajus olevate struktuuride kompleks. See süsteem, mida leidub kõigil imetajatel, on evolutsiooniliselt vanem kui ajukoor, kuid palju noorem kui ajutüvi. Inimestel toetavad selle ajuosa struktuurid mälu, õppimist, emotsioone ja sensoorset taju.
Limbiline süsteem on oluline kõigi imetajate ellujäämiseks. Imetajate võime afektiivseks käitumiseks pärineb nendest süsteemidest. See sunnib imetajaid kordama tegevusi, mis annavad meeldiva tulemuse, ja lõpetama tegevused, mis toovad ebameeldivaid tulemusi. Põhjuse ja tagajärje parema mõistmisega saavad imetajad kiiresti õppida. Kiindumus, mis sunnib imetajate vanemaid oma poegade eest hoolitsema, pärineb samuti limbilisest sagarast.
Inimestel paikneb limbiline sagar ajutüve välisküljel ja ajukoore all. Selle paigutus nende kahe sektsiooni vahel esindab selle evolutsiooniajalugu, kuna see arenes pärast primitiivset roomajate ajutüve ja enne kaasaegsemat primaadi aju. Aju mediaalselt pooleks lõikamisel ilmneb limbilise sagara ristlõige, mis on palju õhem ja lihtsam kui ajukoor ning sisaldab palju rohkem volte kui ajutüvi.
Limbiline lobe koosneb mitmest süsteemist, mis toetavad mälu, õppimist, emotsioone ja taju. Kuigi need süsteemid hõlmavad rohkem teadlikku mõtlemist kui ajutüve juhitavad automaatsed refleksid, on need vähem kontrollitavad kui ajukoore toetatud kõrgemad mõtlemisoskused. Limbiline sagar koosneb paljudest väikestest struktuuridest, sealhulgas talamusest, hüpotalamusest, amügdalast ja hipokampusest.
Taalamus, mis asub eesajus, on koht, kus peaaegu kõik sensoorsed andmed satuvad ajju. Seda süsteemi tuntakse edastusjaamana, kuna kui see kogub teavet silmadest, ninast, kõrvadest ja keelest, saadavad selle süsteemi neuronid teabe aju teistele osadele, kus seda saab assimileerida ja kasutada. Taalamuse all asuv hüpotalamus on seotud emotsioonide, nälja, janu töötlemisega ja autonoomse närvisüsteemi kontrollimisega.
Taalamuse kõrval asuvad amygdala neuronid toetavad mälu, hirmu ja emotsioone. See on suhteliselt suur ajuosa. Amygdala taga asuv hipokampus toetab mälu ja õppimist. See süsteem on eriti seotud ruumiliste suhete meenutamisega ja lühiajalise mälu muutmisega pikaajaliseks mäluks.