Beläget precis under storhjärnan, är det limbiska systemet en serie strukturer i hjärnan som utför flera uppgifter relaterade till minne och känslor. Kopplingen mellan det limbiska systemet och känslan är så välformad att vissa forskare hänvisar till systemet som ”den känslomässiga hjärnan.” Ur en evolutionär synvinkel är detta system ganska gammalt och finns även i hjärnan hos lägre däggdjur, vilket är anledningen till att det också är känt som den paleomammaliska hjärnan.
Flera strukturer finns i detta system, inklusive amygdala, hippocampus, hypotalamus, fornix och septum. Den närliggande limbiska loben är också en viktig komponent som förbinder det limbiska systemet och känslor. Några av de andra strukturerna som nämns här spelar också roller i känslomässig reglering.
Ingen enskild struktur är en komplett en till en orsaksfaktor mellan det limbiska systemet och känslan. Dessa strukturer hjälper till att reglera vissa känslomässiga tillstånd, men de orsakar inte helt en känsla. Specifika strukturer hjälper dock till att reglera vissa uppsättningar av känslomässigt beteende.
Amygdala är en struktur som är avgörande för att hjälpa känslomässiga minnen att bildas. Aktivering av amygdala från en hotande stimulans gör att denna struktur samverkar med hippocampus för att komma ihåg den. När samma stimulus påträffas igen, orsakar denna struktur en rädsla. Det verkar också vara inblandat i ilska, tillgivenhet och sexuella reaktioner. Djur utan amygdala kommer inte att visa modersinstinkter eller tecken på ilska, eller reagera på hotfulla eller sexuellt upphetsande stimuli.
Vissa områden av thalamus och hypotalamus hjälper till att uttrycka känslor, men genererar dem inte. De främre talamuskärnorna verkar påverka hur individer reagerar på känslomässiga stimuli. På sidorna, eller laterala områden, av hypotalamus finns kärnor involverade i uttrycket av njutning och ilska. Missnöje och motvilja mot stimuli förmedlas av centrum, eller mediala området.
Cortex hjälper också till att förena det limbiska systemet och känslor. En komponent i den limbiska cortex, cingulate gyrus, hjälper till att kontrollera blodtryck och hjärtfrekvens. Det orsakar också en känslomässig reaktion på smärta. Dessutom kan det spela en roll för att uttrycka ilska. Vilda djur som får detta område av hjärnan uttaget visar inte aggression.
Så kallade ”lustcenter” i det ventrala tegmentala området visar ett annat samband mellan det limbiska systemet och känslan. Aktivitet i dessa celler gör att de frisätter kemikalien dopamin. Dopamin kan orsaka behagliga känslor som sträcker sig från en mild givande känsla till starka känslor som liknar sexuell tillfredsställelse.