神经生物学系作为“神经系统重大疾病”教育部和湖北省重点实验室、华中科技大学脑研究所和针灸神经生物学国家中医药管理局三级实验室的固定研究单位从事相关科学研究。神经生物学系定位于应用基础研究，研究方向紧密围绕国民经济、科技发展和临床医学的关键问题，紧密结合和充分发挥实验室的特色，结合分子生物学、细胞生物学、行为学、电生理、形态学等技术，具有鲜明的基础与临床相结合和中西医结合的特色。神经生物学系的主要研究方向涵盖四方面的内容，包括神经系统重大疾病的分子机理，感官神经调控机制，疼痛与镇痛机制研究，以及神经发育的分子机制。