נוירופרמקולוגיה מופיעה בתחום המדעי בתחילת המאה העשרים מכיוון שלבסוף מדענים הצליחו להבין את הבסיסים של מערכת העצבים וכיצד העצבים מתקשרים ביניהם, לפני גילוי זה נמצאו תרופות שהוכיחו איכשהו את השפעת השפעתה על מערכת העצבים.
בשנת 1930 מדענים צרפתים החלו לעבוד עם תרכובת בשם פנוטיאזין במטרה ותקווה לסנתז תרופה שיכולה להילחם במלריה, אולם זה היה ניסיון כושל למדע. עם זאת הוכח שיש לו השפעות הרגעה עם מה שנראה כמו השפעות מועילות לחולים עם מחלת פרקינסון.
בסוף שנות הארבעים המדענים כבר הצליחו לזהות נוירוטרנסמיטרים כגון נוראדרנלין (מעורב בכיווץ כלי הדם ועליית קצב הלב ולחץ הדם). דופמין (חומר שחסר במחלת פרקינסון), סרוטונין (הידוע בתועלתו ביחס לדיכאון) המצאת קיבוע המתח בשנת 1949 ופוטנציאל פעולת העצבים היו אירועים היסטוריים בנוירופרמקולוגיה המאפשרת מדענים חוקרים כיצד נוירון מעבד מידע בתוכו.
היקף זה הוא רחב מאוד ומקיף היבטים רבים של מערכת העצבים החל ממניפולציה של נוירון יחיד ועד לאזורים שלמים במוח, חוט השדרה ועצבים היקפיים. להבנה טובה יותר של הבסיס להתפתחות התרופות, ראשית יש צורך להבין כיצד נוירונים מתקשרים זה עם זה.
לבסוף, הנוירולוגיה מבוססת על המחקר כיצד תרופות משפיעות על תפקוד התאים במערכת העצבים ועל המנגנונים העצביים המשפיעים על ההתנהגות, ישנם שני ענפים עיקריים של הנוירולוגיה: התנהגותית: היא מבוססת על המחקר כיצד תרופות משפיעות על התנהגותם של יצורים חיים ומולקולריים: היא כוללת חקר נוירונים והאינטראקציות הנוירוכימיות שלהם, במטרה ליצור תרופות המועילות למערכת הנוירולוגית של המוח. שני התחומים קשורים כיוון שהם עוסקים ביחסים של נוירוטרנסמיטורים, נוירו-ספסות, נוירו-הורמונים, נוירו-מאפנים, אנזימים, בין היתר.