Ancak güncel psikolojide zihinsel süreçleri doğrudan gözlemenin yolu bulunmuştur. Zihinsel süreçler, bu süreçler sırasında ortaya çıkan biyolojik süreçler ve bunlarla ilgili yapılar gözlenerek başarılmaktadır. Bu dallarda zihinsel süreçlerin biyolojik temelleri incelenmektedir. Aşağıdaki uzmanlık alanları psikolojik süreçlerle bedensel yapı ve süreçlerin ilişkisini belirlemeye, bu konudaki ilke ve yasaları keşfetmeye, kuramlar oluşturmaya çalışır. Psikolojik süreçler söz konusu olduğunda kritik beden bölümü beyindir. Buna göre, örneğin psikofizyoloji uzmanlık alanı, bilişsel süreçler veya duygularla beyin yapı ve süreçleri arasındaki ilişkiyi araştırır.

Biliş ile beyin ilişkisini, psikofizyoloji dışındaki psikoloji alt dalları da örneğin, fizyolojik psikoloji de inceler. Bu dallar birbirinden nasıl ayrılır?

*Psikofizyolojide bağımsız değişken psikolojik süreçlerdir. Deneyci örneğin, bir biliş türünü veya duyguyu değişimler ve bunun beyne etkisini gözler. Öğrenme görevini zorlaştırır ve bunun beynin alın lobundaki elektriksel faaliyete etkisini gözler.

* Fizyolojik psikolojide ise, tam tersine, bağımsız değişken beyinsel süreçler, bağımlı değişken psikolojik süreçlerdir. Fizyolojik psikolog, örneğin, beyni uyaran maddelerin deney hayvanlarının dikkatini nasıl etkilediğini inceler. Etik nedenlerle fizyolojik psikoloji çalışmaları sağlıklı insanlar üzerinde yapılamaz. Çünkü etik, beyni etkileyen ilaçların insanlara verilmesine veya beyinde geçici veya kalıcı değişiklikler yapılmasına izin vermez. Bu tür çalışmalar hasta insanlar üzerinde, belirli etik koşulların yerine getirilmesi koşuluyla, yapılabilir. Ancak bu araştırmalar da psikologlar değil tıpta uzmanlığı olanlar tarafından yapılabilir. Bütün bu nedenlerle, fizyolojik psikoloji deneyleri hayvanlar üzerinde, hayvan araştırmaları için geçerli etik kurallar uyarınca yapılır.
* Biyopsikoloji (veya biyolojik psikoloji) biliş/beyin ilişkisini incelerken davranışları daha çok evrimsel boyutta ele alır. Filogenetik ölçekte davranışların nasıl değiştiğini inceler.

* Nöropsikoloji ise beyindeki hasar ve bozuklukların bilişsel süreçlere, duygulara etkisini inceler.

Bilişsel psikoloji; bellek, algılama, düşünme, hatırlama ve unutma, problem çözme gibi bilişsel süreçlerle ilgili deneysel araştırmalar yapar. Bilişsel yaklaşımın bilişsel süreçleri incelemesiyle gelişmeye başlayan bir psikoloji alanıdır.