Изучает физиологические и нейронные механизмы психических процессов, состояний и поведения (в том числе такие субъективные явления, как ощущение, восприятие, воображение, мышление, эмоции, чувства, настроения, мотивы и намерения, память, процесс обучения, контролируемые действия, включая речь и сознание, а также межполушарные отношения, диагностику и механизмы функциональных состояний, индивидуальные различия, принципы переработки информации в нервной системе). В этих явлениях сложнейшим образом сочетаются психологические, физиологические и молекулярно-генетические факторы.
Психофизиологические данные имеют важное значение для всех направлений психологии, так как определяют теоретические и экспериментальные предпосылки анализа функциональной организации и нейронных механизмов движений, познавательной деятельности, памяти, обучения, стресса, а также теоретические и прикладные аспекты возрастной психофизиологии, методы диагностики психофизиологического статуса человека, методы компьютерного психофизиологического моделирования, методы преподавания психофизиологии в высшей школе.