生理心理学是研究心理现象和行为产生的生理过程的心理学分支。它试图以脑内的生理事件来解释心理现象，又称生物心理学、心理生物学或行为神经科学。
首先提出生理心理学这一学科名称的应属《生理心理学纲要》的作者、实验心理学的创始人冯特。此书是第一本生理心理学专著，可以说是作者设想的一门新的科学领域的梗概。意在说明心理学可以用客观的、生理学的方法加以研究。不过从神经生理和脑功能方面探讨心理现象和行为的实验工作却早已由神经学家和生理学家开始了。
法国的神经学家弗卢朗早在1824年即开始用切除部分脑区的方法来研究脑的各部分结构与心理能力的关系，提出的结论是：脑是由多个器官合成的，各器官的功能有所区别，大脑是智力器官，小脑是协调运动的器官，延脑是维持生命的器官。而大脑本身的性质是统一的，知觉、意志和一切智力都在此器官中，而且彼此是不可分的。
德国的医生和生理学家希齐希和弗里奇，187年首次发表了用电流刺激狗的大脑皮层的不同区域所获得的结果，发现刺激大脑皮层额叶的某些部位时可产生个别的肢体运动，这是大脑皮层功能定位说的最初实验根据。1876年费里尔将电刺激法应用于胡狼、猫、豚鼠、鸽、鱼和蛙等动物。结果确定了感觉和运动功能的脑定位原则。此后德国生理物理学家赫尔姆霍茨测量神经冲动传导的速率，探讨颜色视觉和听觉的原理。
2世纪初英国生物学家谢灵顿开始研究感觉心理学，发表了颜色视觉、闪光视觉以及触觉和肌肉动觉的研究结果，提出了内感受器、外感受器和本体感受器等术语;他阐述了神经元、突触和神经系统的整合作用的概念，并且研究了脊髓的反射机制。发现了肌肉的神经支配的兴奋和抑制的交互方式以及神经元的兴奋和抑制的空间和时间的总和作用;他强调人类意识的独特性质，认为不能将心理简化为脑功能，因此他的心理学被认为是二元论的。
差不多与谢灵顿同时代，但观点相反的是苏联的生理学家巴甫洛夫，他开创了经典条件反射的实验工作;研究了条件反射形成和发展的许多规律，如强化、消退、自然恢复、泛化、分化或兴奋的扩散和集中;认为胃液或唾液的条件反射的分泌就是心理性质的分泌，而条件反射则是一种高级神经活动，由此提出高级神经活动规律的学说。
巴甫洛夫认为动物有两种类型的反射活动：无条件反射，等同于物种的本能行为;条件反射，即学习的行为，两者都属于第一信号系统。人类还有第二信号系统，即人的语言系统。两种信号系统工作的原理是一致的，都服从于条件反射形成的一切规律。他指出，人类的精神病发生于第二信号系统的障碍。人类以下的动物只能患神经病，而不会有精神病。巴甫洛夫是完全的反射论者，他的条件反射实验方法和条件反射概念对后来的行为主义心理学影响很大。
二十世纪初，行为主义心理学的创始人华生开始用外科手术剥夺大鼠的各种感觉，来研究大鼠在学习迷津中依赖的感觉暗号，并指出大鼠自身的运动觉是最主要的感觉暗号。
继华生之后，拉什利采用切除部分大脑皮层的方法，在大鼠身上研究大脑皮层的损伤部位和损伤范围与学习和记忆能力损失的关系，发现大鼠学习和记忆能力损失的程度与大脑皮层损毁的部位相关不大，而与损毁的范围有显著相关，因此提出了大脑皮层功能等势说和总体活动的原则。他们的工作可称为心理学家直接从事生理心理学实验研究的开始。
当代生理心理学的研究者无论其哲学背景如何，都已承认必须从脑的活动方面来探讨心身关系。研究的领域已不限于探讨与学习和记忆或感觉和知觉有关的神经基础，而发展到了对心理现象和行为的全面的生物基础的研究，包括从信息理论的观点来研究感知觉信息加工的神经过程;运动反应和反馈信息在控制身体运动和技巧动作中的神经机制;行为的动机因素，或诸如摄食、饮水、睡眠和生殖等基本行为调节的生理机制，包括中枢神经和内分泌系统控制的与情绪经验有关的神经和内分泌腺活动的机制，精神障碍的神经生理问题;记忆的神经解剖及生理和生化基础;高级心理功能，如语言和意识活动的脑机制;大脑两半球的功能专化特性，以及大脑皮层功能的区域分化和整合问题等，而且这些方面的研究也涉及到物种行为的进化和个体发育问题。
随着研究领域的不断开拓，生理心理学研究的方法和技术也日益精炼和多样化。在方法上采用了比较心理学家应用的训练动物学习和测量动物反应的迷津、辨别箱、斯金纳箱，以及观测经典条件作用和测量情绪反应的旷场箱等。
生理心理学在技术上应用电子学的新技术，不仅能在头皮上记录脑电，而且能够记录脑内单个神经元的活动。放射自显影、X光层描术、正电子放射层描术和核磁共振术也逐渐用来探索人在从事某种工作时脑内各部分的物质代谢活动的变化和观察与某种功能障碍有关的脑内的局部病变情况。
生理心理学是一门综合性学科，它与生理学、神经解剖学、神经生理学、生物化学、心理(或行为)药物学、神经病学、神经心理学、内分泌学以及行为遗传学等都有密切的联系。生理心理学综合各邻近学科的研究成果，来窥探心理现象赖以产生的脑的组织和工作的奥秘。
心理现象是脑整体活动的产物，是脑对现实刺激和过去种种经验的反映。因此，生理心理学着重从整体观点来看待作为心理现象基础的神经活动。
生理心理学研究脑的各部分结构的功能，重在了解这些部分如何参与脑的整体工作。研究单个神经元对特殊刺激的反应也是为了追踪实现某些行为反应或行为变化的神经线路和组织情况，而非出自对神经元本身的生理学的兴趣。这是生理心理学的研究目的有别于神经生理学之处。
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