Beynin içinde bulunan, toplu olarak limbik sistem olarak adlandırılan bir dizi yapıya uzanır. Duygu ve motivasyonda baş rol oynayan başlıca organlar arasında hipotalamus, amigdala ve hipokampus bulunur. Parçalar, beyin sapının üstünde yer alan, birbirine bağlı bir ağda düzenlenmiştir. Prefrontal korteks ile iletişim kurar ve ayrıca “duygusal beyin” olarak da adlandırılır.
Limbik sistemin yapısı, telensefalon olarak adlandırılan erken bir ön beyin formundan embriyonik büyüme döneminde gelişir. Nöral tüp olgunlaşması, beyin ve omurilikten oluşan merkezi sinir sistemini oluşturur. Telensefalon, limbik sistem yapılarının bulunduğu beyincik olur.
Hipotalamus, vücut ısısını, kan basıncını ve metabolizmayı korumak ve düzenlemek için gerekli olan homeostatik dengeyi sağlar. Amigdala korkunun alaka düzeyini belirlerken, limbik sistemin bu yapısı yarış kalbi, terleme ve artan solunum hızı gibi fizyolojik tepkiler üretir. Hayat kurtarıcı davranışlar sağlayan algılanan bir tehdide karşı koruyucu bir reaksiyondur.
Panik bozukluğu ve fobiler gibi anksiyete koşullarıyla ilişkili olarak, amigdala özellikle korku üretimi ile ilgilidir. Korkutucu olaylara verilen tepkilerin hatıraları, içinde zihinsel rahatsızlığa neden olabilecek saklanır. Kaudat döngünün dibinde yer alan bu küçük badem şeklindeki organ çifti, "dövüş ya da uçuş" tepkisinden sorumludur.
Öğrenme sürecinde önemli olan hipokampus, birleştirme yeteneğine sahiptir - belleğe alınmasına izin veren fiziksel bir görüntü ekler. Bu gerçekleşene kadar, bilgilerin depolanması kısa. Limbik sistemin hipokampal yapısı öncelikle bir beceri veya görevin gerçek öğrenilmesinde rol oynar; kalıcı depolama yeri değildir. Beynin korteks gibi diğer alanları bundan sorumludur.
Psikiyatrik koşullar, limbik sistem yapısının hasar görmesiyle ilişkilendirilmiştir. Şizofreni hastalarında, örneğin, hipokampus ve amigdala gibi bazı alanlar normalden önemli ölçüde daha küçüktür. Şizofreni, düşünce, algı ve bilişsel yeteneklerle ilgili sorunlara neden olan zihinsel bir hastalıktır.
Ventriküler genişleme, Alzheimer hastalığında olduğu gibi demansla da bağlantılı olan bir beyin dokusu eksikliğini gösterir. Alzheimer hastalığında, beyin dokusunun dejenerasyonu, hipokampüste başlar ve hafıza ve bilişi etkiler. Araştırmacılar tarafından şizofreni hastalarının anomalilerle doğabileceği ya da erken çocukluk döneminde bir zamanlar meydana geldiği düşünülmektedir. Alzheimer'lı olanlar zamanla, tipik olarak daha sonra yaşamda anormal beyin değişiklikleri geliştirdiler.
