Psikoloji ile biyoloji arasındaki ilişki, özellikle beyin ve sinir sistemi üzerine yapılan araştırmalar sayesinde derinleşmiştir. Çünkü insanın davranışları, yalnızca bilişsel ve duygusal süreçlerle değil, aynı zamanda biyolojik temellerle de şekillenir. Beyindeki yapılar ve kimyasal süreçler, psikolojik işlevlerin fizyolojik temelini oluşturur. Örneğin, prefrontal korteks planlama ve karar verme süreçleriyle; amigdalalar ise duygusal tepkilerle ilişkilidir. Ayrıca nörotransmitterler adı verilen kimyasallar (serotonin, dopamin gibi), bireyin duygu durumu, motivasyonu ve düşünme biçimi üzerinde doğrudan etkilidir. Psikolojik bozuklukların çoğu (örneğin depresyon, anksiyete ya da şizofreni) bu biyolojik mekanizmaların bozulmasıyla ilişkilendirilmektedir. Bunun yanı sıra genetik araştırmalar da zekâ, kişilik ve psikiyatrik yatkınlık gibi psikolojik değişkenlerin kalıtımsal yönlerini ortaya koymaktadır. Evrimsel psikoloji gibi alt alanlar ise insan davranışlarının tarihsel süreçte nasıl evrildiğini biyolojik temellerle açıklamaya çalışır. Tüm bu veriler, psikolojinin biyoloji ile ayrılmaz bir ilişki içerisinde olduğunu ve davranışları anlamak için bu biyolojik alt yapının göz ardı edilemeyeceğini göstermektedir.
