Le système limbique joue un rôle important dans l'émotion et la formation des souvenirs. Plusieurs structures composent le système limbique, notamment l'hippocampe, l'hypothalamus et l'amygdale.
L'hippocampe joue un rôle essentiel dans la conversion de la mémoire à court terme en souvenirs durables et à long terme. Sans hippocampe fonctionnel, la rétention normale de la mémoire n'est pas possible. Deux masses de neurones proches appelées les amygdales sont responsables de comportements liés à l'agressivité, à la peur et aux stimuli sexuels.
L'hypothalamus affecte une grande variété de conditions, notamment la faim, la soif, la douleur et le plaisir. Il joue également un rôle dans la régulation de la pression artérielle, du pouls et de la respiration. Dans l'ensemble, l'hypothalamus est l'une des parties du cerveau les plus importantes pour contrôler l'homéostasie, ou la capacité du corps à maintenir un fonctionnement normal.
D'autres zones proches du système limbique l'affectent et en sont affectées. Le cortex préfrontal, une partie du lobe frontal, est particulièrement important dans la prise de décision et le contrôle des impulsions et est l'une des dernières zones du cerveau à se développer pleinement. Les noyaux gris centraux jouent un rôle dans l'attention et les comportements répétitifs. Le gyrus cingulaire, une partie du cervelet, aide à la mémoire associative, en particulier en ce qui concerne les émotions. L'aire tegmentale ventrale et ses voies dopaminergiques sont étroitement liées à l'expérience du plaisir.
