Neurofysiologiaa on tutkittu jo 4000-luvulta eaa.
Eaa.
Eaa.
Eaa.
Alkuaikoina suurin osa tutkimuksista kohdistui erilaisiin luonnollisiin rauhoittaviin lääkeaineisiin, kuten alkoholiin ja unikkokasveihin. Vuonna 1700 eaa. kirjoitettiin Edwin Smithin kirurginen papyrus. Tämä papyrus oli ratkaisevan tärkeä sen ymmärtämiseksi, miten muinaiset egyptiläiset ymmärsivät hermoston. Tässä papyruksessa tarkasteltiin erilaisia tapaustutkimuksia vammoista, jotka koskivat kehon eri osia, erityisesti päätä. Noin 460 eaa. alkaen Hippokrates alkoi tutkia epilepsiaa ja esitti teorian, jonka mukaan se sai alkunsa aivoista. Hippokrates esitti myös teorian, jonka mukaan aivot osallistuivat aistimiseen ja että älykkyys oli peräisin aivoista. Hippokrates sekä useimmat muinaiset kreikkalaiset uskoivat, että rentoutuminen ja stressitön ympäristö olivat ratkaisevan tärkeitä neurologisten häiriöiden hoidossa. Vuonna 280 eaa. Erasistratos Khioslainen teoretisoi, että aivojen vestibulaarisessa prosessoinnissa oli jakoja, sekä päätteli havainnoista, että aistimukset sijaitsivat siellä.
177 Galenos teoretisoi, että ihmisen ajattelu tapahtui aivoissa, toisin kuin sydämessä, kuten Aristoteles oli teoretisoinut. Marinus löysi noin vuonna 100 jKr. näköjärjestelmän kannalta keskeisen optisen chiasmin. Noin vuonna 1000 Iberian niemimaalla asunut Al-Zahrawi alkoi kirjoittaa erilaisista neurologisten häiriöiden kirurgisista hoidoista. Vuonna 1216 Mondino de Luzzi kirjoitti Euroopan ensimmäisen anatomian oppikirjan, johon sisältyi kuvaus aivoista. Vuonna 1402 St Mary of Bethlehem -sairaala (joka myöhemmin tunnettiin Britanniassa nimellä Bedlam) oli ensimmäinen sairaala, jota käytettiin yksinomaan mielisairaille.
Vuonna 1504 Leonardo da Vinci jatkoi ihmiskehon tutkimista ihmisen kammiojärjestelmän vahakuvalla. Vuonna 1536 Nicolo Massa kuvasi erilaisten sairauksien, kuten syfiliksen, vaikutuksia hermostoon. Hän huomasi myös, että kammioontelot olivat täynnä aivo-selkäydinnestettä. Vuonna 1542 ranskalainen lääkäri Jean Fernel käytti ensimmäistä kertaa termiä fysiologia selittääkseen kehon toimintaa suhteessa aivoihin. Vuonna 1543 Andreas Vesalius kirjoitti De humani corporis fabrica -teoksen, joka mullisti anatomian tutkimuksen. Tässä kirjassa hän kuvasi käpylisäkkeen ja sen toiminnan, ja pystyi piirtämään corpus striatumin, joka koostuu tyvitumakkeista ja sisäkapselista. Vuonna 1549 Jason Pratensis julkaisi De Cerebri Morbis. Tämä kirja oli omistettu neurologisille sairauksille, ja siinä käsiteltiin oireita sekä Galenuksen ja muiden kreikkalaisten, roomalaisten ja arabialaisten kirjoittajien ajatuksia. Siinä tarkasteltiin myös eri alueiden anatomiaa ja erityistoimintoja. Vuonna 1550 Andreas Vesalius tutki hydrokefaliaa eli aivojen täyttymistä nesteellä. Samana vuonna Bartolomeo Eustachi tutki näköhermoa keskittyen pääasiassa sen alkuperään aivoissa. Vuonna 1564 Giulio Cesare Aranzio löysi hippokampuksen ja nimesi sen sellaiseksi, koska sen muoto muistuttaa merihevosta.
Robert Burton julkaisi vuonna 1621 The Anatomy of Melancholy (Melankolian anatomia) -teoksen, jossa tarkasteltiin tärkeiden hahmojen menettämisen johtavan masennukseen. Vuonna 1649 René Descartes tutki käpyrauhasta. Hän uskoi virheellisesti, että se oli aivojen ”sielu”, ja uskoi, että siellä muodostuivat ajatukset. Vuonna 1658 Johann Jakob Wepfer tutki potilasta, jonka hän uskoi rikkoutuneen verisuonen aiheuttaneen aivoinfarktin eli aivohalvauksen.
Vuonna 1749 David Hartley julkaisi Observations on Man -teoksen, jossa käsiteltiin runkoa (neurologia), velvollisuutta (moraalipsykologia) ja odotuksia (henkisyys) ja sitä, miten nämä integroituvat toisiinsa. Tämä teksti oli myös ensimmäinen, jossa käytettiin englanninkielistä termiä psychology. Vuonna 1752 Ystävien seura perusti Philadelphiaan, Pennsylvaniaan, mielisairaalan. Turvapaikan tarkoituksena oli antaa mielisairaille paitsi lääketieteellistä hoitoa, myös tarjota heille hoitajia ja mukavat elinolot. Vuonna 1755 Jean-Baptiste Le Roy alkoi käyttää mielisairaiden hoitoon sähkökouristushoitoa, jota käytetään vielä nykyäänkin erityistapauksissa. Vuonna 1760 Arne-Charles tutki, miten pikkuaivojen erilaiset vauriot voivat vaikuttaa motorisiin liikkeisiin. Vuonna 1776 Vincenzo Malacarne tutki pikkuaivoja intensiivisesti ja julkaisi kirjan, joka perustui pelkästään sen toimintaan ja ulkonäköön.
Vuonna 1784 Félix Vicq-d’Azyr löysi keskiaivoissa mustan värisen rakenteen. Vuonna 1791 Samuel Thomas von Sömmerring viittasi tähän rakenteeseen ja kutsui sitä substantia nigraksi. Samana vuonna Luigi Galvani kuvaili sähkön merkitystä leikattujen sammakoiden hermoissa. Vuonna 1808 Franz Joseph Gall tutki ja julkaisi frenologiaa koskevan teoksen. Frenologia oli virheellinen tiede, jossa pään muotoa tarkasteltiin persoonallisuuden ja aivojen toiminnan eri osa-alueiden määrittämiseksi. Vuonna 1811 Julien Jean César Legallois tutki hengitystä eläinten paloittelussa ja vammoissa ja löysi hengityksen keskuksen medulla oblongatasta. Samana vuonna Charles Bell sai valmiiksi työn, joka myöhemmin tunnettiin nimellä Bell-Magendien laki ja jossa verrattiin selkäytimen dorsaalisten ja ventraalisten juurten välisiä toiminnallisia eroja. Vuonna 1822 Karl Friedrich Burdach erotti toisistaan lateraalisen ja mediaalisen genikulaarirungon sekä nimesi cingulaarisen gyrusin. Vuonna 1824 F. Magendie tutki ja tuotti ensimmäiset todisteet pikkuaivojen roolista tasapainotuksessa Bell-Magendien lain täydentämiseksi. Vuonna 1838 Theodor Schwann alkoi tutkia aivojen valkoista ja harmaata ainetta ja löysi myeliinitupen. Nämä solut, jotka peittävät aivojen neuronien aksoneita, on nimetty Schwannin soluiksi hänen mukaansa. Vuonna 1848 Phineas Gage, klassinen neurofysiologian potilas, sai räjähdysonnettomuudessa aivonsa lävistettyä rautaisella tampereella. Hänestä tuli erinomainen tapaustutkimus prefrontaalisen aivokuoren ja käyttäytymisen, päätöksenteon ja seurausten välisestä yhteydestä. Vuonna 1849 Hermann von Helmholtz tutki sammakon hermoimpulssien nopeutta tutkiessaan sähköä kehossa.
Vaikka nämä eivät todellakaan ole kaikki neurofysiologian kehitysaskeleet ennen vuotta 1849, nämä kehitysaskeleet olivat merkittäviä aivojen ja kehon tutkimuksen kannalta.