Les recherches menées au CRNL sont fortement axées sur la compréhension des fonctions et des dysfonctionnements du cerveau avec une approche intégrative. Elle combine plusieurs niveaux d'investigation avec des disciplines moléculaires et cellulaires, la neuroanatomie, la neurophysiologie, les neurosciences comportementales et cognitives, le traitement du signal/de l'image et la modélisation informatique, ainsi que les neurosciences cliniques/translationnelles.
Bien que nous ne soyons pas structurés en départements, l'activité de recherche des équipes du CRNL peut être considérée selon deux approches étroitement liées : (1) les systèmes de base et les neurosciences cognitives, et (2) les neurosciences cliniques et précliniques.