علم السلوك العصبي (Neuroethology) هو النهج التطوري والمقارن لدراسة سلوك الحيوان والسيطرة الميكانيكية عليه من قبل الجهاز العصبي. ويسعى علم السلوك العصبي، والذي يُعتبر فرع من علم الأعصاب السلوكي متعدد التخصصات، لفهم وتفسير كيفية ترجمة الجهاز العصبي المركزي للمحفزات ذات الصلة البيولوجية، وتحويلها إلى سلوك طبيعي. على سبيل المثال، العديد من الخفافيش، فهي قادرة على تحديد الموقع بالصدى، والذي يُستخدم لالتقاط الفريسة أو الملاحة. وغالبا ما يتم الاستشهاد بالنظام السمعي للخفافيش كمثال لكيفية تحول الخصائص الصوتية للأصوات إلى خريطة حسية من مميزات ذات صلة سلوكية بالأصوات. ويأمل علماء السلوك العصبي في الكشف عن المبادئ العامة للجهاز العصبي عن طريق دراسة السلوكيات الحيوانية المبالغ فيها أو المتخصصة.
كما يوحي اسم المقال، فإن علم السلوك العصبي هو مجال متعدد التخصصات يتكون من العلوم العصبية (دراسة الجهاز العصبي) وعلم سلوك الحيوان (دراسة سلوك الحيوان في الظروف الطبيعية). وهناك موضوع محوري في مجال علم السلوك العصبي، ويُميزه عن فروع العلوم العصبية الأخرى، وهو التركيز على السلوكيات الطبيعي، والتي يمكن اعتبارها تلك السلوكيات التي تم إنشاؤها من خلال وسائل الانتقاء الطبيعي بدلا من السلوكيات في الحالات المرضية، أو المهام السلوكية التي تُعتبر خاصة بالتجارب المخبرية.