在19世纪后叶已有成就的基础上，20世纪初期，神经细胞、突触、脑功能定位、脊髓反射、突触化学传递等概念，以及神经电活动和脑电图等记录业已确立。

　　第二次世界大战期间，应用微电极记录技术，单个神经细胞动作电位和兴奋性与抑制性突触后电位记录的实现，以及随之而来的神经兴奋的离子学论、突触传递的量子释放学说和突 触之间相互作用的Hebb假说的提出，使脑科学产生了划时代的进展。

　　20世纪后期，神经递质、神经调质、神经生长因子、神经营养因子、受体、通道、第二信使、信号转导、NO和CO作用等相继发现，特别是膜片钳记录技术的发现和分子生物学技术的崛起，脑科学已在分子水平上研究受体、离子通道的结构与功能，并给神经系统病的诊治带来新的突破。特别是20世纪最后10年--"脑的十年"，脑科学的发展更是日新月异。主要通过经典遗传学与当代分子生物学的结构，发现一系列和神经系统发育、发展与死亡的相关基因。

　　基于电生理学技术与分子生物学技术的发展，人们已能在单个蛋白质分子水平上了解离子通道、受体以及神经细胞膜信号转导的活动机制。应用分子生物学技术，人们已发现50多种神经系统遗传性疾病的病变基因及其有染色体上的定位；神经系统诸多疾患的基因论断已广泛应用，基因治疗作为一种新的治疗手段已引起广泛关注；第五代智能计算机已通过人工棋手"深蓝"战胜人脑，先声夺人。这些脑科学的进展有在很大程度上得益于神经科学的研究。"已经过去的只是序幕"(莎士比亚)的提法，可以再恰当不过地用以预见21世纪脑科学的 发展战略考虑，美国于1990年推出了"脑的十年计划"，欧洲于1991年开始实施"EC脑十年计划"，日本于1996年也正式推出了名为"脑科学时代计划"的跨世纪大型研究计划，计划在未来20年内投入相当的研究经费。专家们认为，无论是强化基础研究，从而推动科学技术的进步；还是创造新兴产业，寻打新的经济增长点，神经科学都将是21世纪领头的科学技术。