Tâm lý sinh học giả định rằng tư duy, cảm xúc, và hành vi của con người tất cả đều xuất phát từ sinh lý, trong đó bao gồm gien di truyền cũng như các xung điện và tín hiệu hóa học nối kết bộ não với hệ thần kinh. Giả định này ngụ ý rằng sơ đồ thiết kế chi tiết có từ cả trước khi một người được sinh ra – tức cấu trúc sinh lý và ADN của người đó – sẽ quyết định nhân cách và hành vi của họ trong suốt cuộc đời.
Vài trong số các tư tưởng này căn cứ trên kết quả của các nghiên cứu về các cặp sinh đôi, vốn cho thấy rằng các cặp sinh đôi bị tách rời ngay từ khi được sinh ra và được nuôi dưỡng trong các gia đình khác nhau vẫn thể hiện những hành vi giống nhau đến kinh ngạc trong đời sống khi đã trưởng thành. Các nhà tâm lý sinh học lập luận rằng hiện tượng này chỉ có thể được giải thích theo hướng rằng gien di truyền của các cặp sinh đôi này ảnh hưởng đến họ quá mạnh mẽ đến mức ngay cả vai trò của cha mẹ, bạn bè, trải nghiệm cuộc đời, hay môi trường vẫn không tạo được mấy tác động.
Một ví dụ về tâm lý sinh học trong thực tế là nghiên cứu về hành vi của thanh thiếu niên. Các hình quét bộ não của thanh thiếu niên sử dụng kỹ thuật hình ảnh đã hé lộ răng bộ não của thanh thiếu niên xử lý thông tin theo cách khác so với não người lớn. Những khác biệt này nh giúp đưa ra lý giải về mặt sinh học cho việc tại sao thanh thiếu niên đó lại có thể bốc đồng, đôi khi thiếu óc phán xét, và trở nên lo âu quá mức trong các tình huống xã hội.
Nhiều tư tưởng trong tâm lý sinh học nhấn mạnh vào bản chất tự nhiên (nature) thay vì sự dưỡng dục (nurture). Hệ quả là, các nhà phê bình cho rằng cách tiếp cận này là quá đơn giản, quá coi trọng tác động sinh học và các thuộc tính sinh lý bẩm sinh. Nó xem nhẹ tầm ảnh hưởng của các sự kiện hay con người lên một cá nhân trong quá trình họ trưởng thành. Mặt khác, hiếm ai có thể tranh cãi về nền tảng khoa học chặt chẽ của tiếp cận này, vốn chú trọng vào việc thử nghiệm và hợp thức hóa ý tưởng một cách có hệ thống. Và các nhà tâm lý sinh học đã tạo điều kiện cho sự ra đời của những tiến bộ Y khoa quan trọng – sử dụng các nghiên cứu từ giải phẫu thân kinh và hình ảnh quét bộ não, họ đã mang đến những đóng góp tích cực trong việc chữa tri cho các bệnh nhân mắc các vấn để cả về sinh lý lẫn tâm lý, trong đó có bệnh Parkinson, tâm thần phân liệt, trầm cảm và chứng lạm dụng ma túy.
