Det limbiska systemet, uppkallat efter det latinska ordet limbus för kant, är den innersta delen av hjärnan, lindad runt kärnkamrarna. Den är fylld med cerebrospinalvätska och olika klumpar av vit substans, vilket inte spelar så stor roll i kognitionen.
Detta system kallas det ”gamla däggdjurssystemet” eller ”däggdjurshjärnan”, i den populära treeniga hjärnmodellen, som delar upp hjärnan i tre delar beroende på deras plats och funktioner. De andra delarna är reptilhjärnan eller hjärnstammen, och hjärnbarken eller neocortex. Dessa är ansvariga för ”lägre” respektive ”högre” beteende.
Det finns inte en allmänt överenskommen lista över strukturer som utgör det limbiska systemet. Hjärnregionerna är: limbiska cortex (som består av cingulate gyrus och parahippocampal gyrsu), hippocampal formation (som består av dentate gyrus, hippocampus och subicular komplex), amygdala, septalområdet och hypotalamus. Dessa är i allmänhet ansvariga för att kontrollera känslor. Dessutom finns otuktiga gyrus, mammillärkropp, epitalamus, nucleus accumbens (hjärnans berömda ”lustcentrum”), främre cingulate cortex och thalamus i det limbiska systemet. Var och en spelar en viktig roll för att få saker att fungera smidigt i hjärnan. Analoga strukturer kan hittas i nästan alla däggdjur som hundar, katter och möss, dock inte i reptiler, som bara har en hjärnstam.
Det limbiska systemet är hemmet för känslor, motivation, reglering av minnen, gränssnittet mellan emotionella tillstånd och minnen av fysisk stimuli, fysiologiska autonoma regulatorer, hormoner, ”kamp eller flykt”-svar, sexuell upphetsning, dygnsrytm och vissa beslutssystem . Det är det som blir ”lurad” när människor blir beroende av hårda droger. Eftersom missbruket sker i den ”nedre”, ”förmedvetna” delen av hjärnan, kan vi inte rationellt överväga dess effekter, och därför kan återhämtning och undvikande av återfall vara svårt. Råttor som får strömbrytare kopplade till elektroder som elektriskt stimulerar deras nucleus accumbens kommer att fortsätta att trycka på strömbrytaren med uteslutande av allt annat, inklusive mat eller sex.
Ovanpå det limbiska systemet finns hjärnbarken, den ”tänkande hjärnan”. Talamus fungerar som en länk mellan de två. Cortex utvecklades beroende på det limbiska systemet, som var närvarande före det. Varje fördelaktig anpassning i neocortex var tvungen att ”spela trevligt” och samverka effektivt för att motivera sin egen retention genom att förbättra organismens övergripande kondition. Tallkottkörteln, en berömd del av det limbiska systemet som ligger i epitalamus, är ett sällsynt exempel på ett vestigalt hjärnorgan, som var mycket större och differentierat i en tidigare del av vår evolutionära historia.