神经行为学（neuroethology），名称源自希腊文νεῦρον（神经）与ἦθος（行为），是通过演化与比较等方法对动物行为及其神经系统机制进行研究的学科。它是行为神经科学的一门交叉学科分支，目的是了解中枢神经系统如何将刺激转化为自然行为。例如，蝙蝠的听觉系统是如何将声音的声学性质转化以进行动物的回声定位的。神经行为学家希望通过对于动物的特殊行为的研究得到神经系统的普遍规律。

正如学科名称所表示的那样，这门学科是神经科学与行为学的综合。与神经科学的其他分支相比，神经行为学的一个中心主题是注重于对自然行为的研究。其中自然行为是指源自自然选择过程的行为（如求偶、飞行、行走、躲避掠食者等），而非处于疾病状态的行为，或特别是在实验室条件下的任务行为。

Neuroethology is the evolutionary and comparative approach to the study of animal behavior and its underlying mechanistic control by the nervous system. This interdisciplinary branch of behavioral neuroscience endeavors to understand how the central nervous system translates biologically relevant stimuli into natural behavior. For example, many bats are capable of echolocation which is used for prey capture and navigation. The auditory system of bats is often cited as an example for how acoustic properties of sounds can be converted into a sensory map of behaviorally relevant features of sounds. Neuroethologists hope to uncover general principles of the nervous system from the study of animals with exaggerated or specialized behaviors.