分子神经生物学（molecular neurobiology）是在生物大分子水平上研究神经的结构与功能的科学。以生物化学、生物物理学和分子生物学的方法，对神经科学领域中的一些具体问题加以研究和阐述，被认为是现代神经科学的生长点，是多门学科交叉形成的学科。

分子神经生物学研究的内容包括：突触、中枢神经及外周神经的可塑性、树突及轴突转运的性质、体外神经原、中枢神经递质、环核苷酸与神经功能、糖及质激素与脑和垂体的相互作用、丘脑下部和垂体肽类、激素与中枢神经系统、学习的化学与记忆的形成、同步化脑电节律、代谢的先天性障碍等方面。分子神经生物学的发展，使人们对神经分子水平的结构和功能有更深入的了解。