Thần kinh học động vật (Neuroethology) là phương pháp tiếp cận so sánh và tiến hóa để nghiên cứu hành vi của động vật cùng sự kiểm soát cơ học cơ bản của nó từ hệ thần kinh của động vật. Đây là một ngành khoa học có tính liên ngành kết hợp cả khoa học thần kinh (Neuroscience) hay còn gọi là thần kinh học (nghiên cứu về hệ thần kinh) và tập tính học (nghiên cứu hành vi của động vật trong điều kiện tự nhiên). Chủ đề trung tâm của thần kinh học động vật để phân biệt nó với các nhánh khác của khoa học thần kinh chính là cái sự trọng tâm của nó vào các hành vi được chọn lọc tự nhiên được chú ý nhiều như tìm bạn tình, tính định vị và điều hướng, sự di chuyển và cơ chế tự vệ của động vật) hơn là nghiên cứu các hành vi cụ thể đối với tình trạng bệnh thần kinh cụ thể hoặc thí nghiệm động vật trong phòng thí nghiệm. Các nhà thần kinh học động vật hy vọng sẽ khám phá ra các nguyên tắc chung của hệ thần kinh từ việc nghiên cứu động vật có hành vi phóng đại hoặc chuyên biệt, họ cố gắng tìm hiểu cách hệ thống thần kinh chuyển các kích thích sinh học thành hành vi tự nhiên. Ví dụ, nhiều loài dơi có khả năng định vị bằng tiếng vang được sử dụng để bắt con mồi và điều hướng và định vị hướng khi bay khi không có ánh sáng. Hệ thống thính giác của loài dơi thường được coi là một ví dụ về cách các đặc tính âm học của âm thanh có thể được chuyển đổi thành một bản đồ cảm giác về các đặc điểm liên quan đến hành vi về phát ra, tiếp nhận, xử lý âm thanh