La Neurociencia molecular es una rama de la neurociencia que hace uso de los conceptos de la biología molecular aplicados al sistema nervioso de los animales. El campo de aplicación de esta materia pertenece principalmente a un enfoque reduccionista de la neurociencia, considerando temas como neuroanatomía  molecular, mecanismos de señalización molecular en el sistema nervioso, los efectos de la genética en el desarrollo neuronal, y las bases moleculares de la neuroplasticidad y de las enfermedades neurodegenerativas. Como en la biología molecular, la neurociencia molecular es un campo relativamente nuevo y es considerado como dinámico.

La Neurociencia celular es el estudio de las neuronas a nivel celular. Esto incluye la morfología y las propiedades fisiológicas de las neuronas individuales. Diferentes técnicas tales como el registro intracelular, el "patch-clamp" y la técnica de fijación de voltaje, la farmacología, la imagen confocal, la biología molecular o el barrido láser de fotones y Ca2 + de formación de imágenes se han utilizado para estudiar la actividad a nivel celular. La Neurociencia celular examina los diferentes tipos de neuronas, las funciones de las diferentes neuronas, la influencia de unas neuronas una sobre otras, etc... En definitiva, cómo las neuronas trabajan juntas.