自20世紀70年代以來，隨著腦神經科學的快速發展，在犯罪起因的探索中形成了具有鮮明自然科學特徵與時代特點的神經犯罪學的觀點。它在傳統的犯罪生物學、犯罪精神病理學的基礎上，更為精準化地探索犯罪（尤其是暴力犯罪、本能犯罪、病理性犯罪）的終極起因，成為犯罪認知學派的主流觀點與技術取向。雖然目前並沒有形成統一完善的理論體系，也存在著一些不同的意見，犯罪神經學已經成為犯罪心理學實證研究中的前沿領域，腦神經結構與功能異常成了該領域研究的焦點。
20世紀70年代後，神經科學和腦成像技術的發展極大地推動了活體人腦形態和功能的研究，神經犯罪學研究也開始關注與犯罪行為有關的腦結構與功能異常。
測量腦結構的神經影像學技術有電子計算機斷層掃描（computedtomography，CT）和磁共振成像（magnetic resonance imaging，MRI）， 正電子發射斷層掃描（positron emission tomography，PET）、單光子發 射計算機斷層掃描（single-photon emission computed tomography， SPECT）、功能性磁共振成像（functional magnetic resonance imaging， FMRI）常被用於檢測特定腦區的功能。
現有的犯罪生物學研究中，攻擊與暴力犯罪的神經基礎最受關注，因此，持續暴力犯罪人中的兩類人群—反社會人格障礙者和精神病態者成為腦成像的主要研究對象。大量腦成像研究表明，前額葉皮層與杏仁核兩部分腦區與攻擊行為、暴力犯罪有密切的關係。
前額葉皮層（prefrontal cortex）與攻擊行為
前額葉位於前額的正後方，主要負責計畫和決策等高級執行功能（executive function），如維持注意力、自我監控、抽象推理、延遲滿足和抑制衝動等。前額葉皮層（PFC）指初級運動皮層和次級運動皮層以外的全部額葉皮層，占人類大腦皮層的三分之一的面積。前額葉皮層分為3個子區：背側前額葉皮層（DMPFC）、腹內側前額葉皮層（VMPFC）和眶額皮層（OFC）。前額葉皮層的技能具有不對稱性，左側與積極感情有關，右側與消極感情有關。前額葉使個體能夠對攻擊挑釁刺激做出解釋、判斷和思考，並做出反應，而執行功能受損，可能導致個體難以控制自己的攻擊性。英國犯罪學專家瑞恩（A.Raine）等人採用MRI對有暴力行為的反社會人格障礙的患者進行掃描，發現反社會人格障礙患者的前額葉灰質體積比對照組少11％。多項研究的結果提示，前額葉的功能異常與攻擊及反社會行為相關，特別是局限性眶額皮層的損傷與攻擊性增加密切相關。瑞恩等學者對43項前額葉結構和功能成像研究進行元分析，發現反社會者表現出顯著的前額葉結構和功能下降，累及的部位包括眶額皮層、背外側額葉和前扣帶回。
杏仁核（amygdala）與攻擊行為
杏仁核位於顳葉，是邊緣系統的重要組成部分，參與覓食、防禦、攻擊、情緒反應和生殖行為等與物種生存相關的功能活動。杏仁核與負性情緒的學習密切相關，並在情緒和社會性行為中起重要作用。布萊爾（R.Blair）認為，杏仁核能夠使個體在社會化過程中學會避免傷害他人的行為，如攻擊性言語或舉動。同時，杏仁核與面部表情的識別密切相關，大多數人能夠根據他人的表情，如被攻擊時的恐懼或者憤怒，對自己的行為做出相應調整。當情緒越不易理解，即情緒加工過程越困難時，杏仁核的激活程度越強。功能性磁共振成像研究發現，與正常對照組相比，精神病態者的雙側杏仁核的體積顯著縮小，並與精神病態評分呈正相關。也即杏仁核受損的個體，無法準確識別他人的恐懼表情，使個體對他人的社會評價功能受到影響，很難學會控制自己的攻擊行為。
神經心理學調查發現，76％的攻擊性犯罪人的額葉與顳葉存在功能障礙，79％的攻擊性犯罪人表現出左側半球皮層一邊緣系統的異常。瑞恩等人的PET研究發現，與對照組相比，殺人犯的右側杏仁核及皮層下活動異常增加，衝動、反應性的殺人犯同時表現出前額葉的活動減低，但主動、預謀性的殺人犯則與對照組的皮層活動度相似，提示不同類型的暴力犯罪人的前額葉皮層一邊緣系統功能缺陷可能存在差異。科卡洛（E.F.Coccaro）等人的功能性磁共振成像研究發現，衝動／反應性攻擊者在處理憤怒表情時，杏仁核過度激活，而前額葉皮層的活動減少；與對照組不同，攻擊者的杏仁核一前額葉皮層間缺乏功能聯繫和相互作用。我國研究者的磁共振研究也發現，男性暴力犯的前額葉和顳葉存在腦損害，在識別愉快和悲傷情緒的面孔時，前額葉與邊緣系統均出現腦激活減低的現象。
當疾病等導致的腦損害發生在前額葉皮層或杏仁核，個體也可能表現出暴力等犯罪行為。造成腦損害的原因包括腫瘤、外傷、腦血管意外、感染、神經系統疾病如痴呆症和亨廷頓氏舞蹈病等。
為大家介紹兩例腦損害導致暴力犯罪的著名案例：1966年美國得州大學槍擊案的犯罪人查爾斯·惠特曼（Charles Whitman）和獲得性戀童癖（Acquired Pedophilia）。
【案例1】
得州塔樓狙擊手—查爾斯·惠特曼
本案是美國歷史上最慘痛的校園槍擊案之一，犯罪人查爾斯·惠特曼於1966年在美國得州大學的塔樓上持槍狙擊行人，造成31人受傷，包括惠特曼自己在內的17人死亡。惠特曼在17歲高中畢業後加入美國海軍陸戰隊，並成為一名出色的射手，退伍後進入得州大學學習工程學。1966年8月1日，在列印了一篇告別信後，25歲的惠特曼來到得州大學的標誌性建築—塔樓，並攜帶6支槍、彈藥、幾把刀、食物和水。他將大樓的接待室工作人員打死，並在到達頂層觀光臺的途中開槍打死了4個人。到達觀光臺後，他向校園和附近街道上的人群掃射，火力甚至波及300米以外的人。在槍擊案發生約2個小時後，警方終於靠近觀光臺並擊斃惠特曼。
在慘案發生的前一天，惠特曼還殺死了自己的妻子和母親，他在告別信中表示，自己有很多不受控制的暴力衝動和許多奇怪的想法，精神科的治療對他也沒有幫助，他希望自己死後大腦被尸檢。而對惠特曼尸檢後發現其右腦內有一個核桃大小的惡性腫瘤，壓迫其下丘腦與杏仁核。
【案例2】
獲得性戀童癖
美國一名40歲的男教師在2000年突然開始大量收集色情雜誌，並頻繁訪問色情網站，以收集兒童色情淫穢材料為主，並開始在按摩店索取色情服務。該男子曾離異，與第二任妻子結婚兩年來，感情穩定，此前僅在青春期接觸過色情雜誌，但否認曾被兒童吸引。在出現性關注對象的改變後，他試圖隱藏自己的行為，並認為自己的行為是不可接受的，但最終他無法抑制自己的性衝動，開始試圖猥褻他的繼女，幾星期後被妻子發現，進而被診斷為戀童癖，並被判處猥褻兒童罪。但他在性成癮的矯治過程中，不可控制地對矯治中心的工作人員和其他治療者進行性騷擾，並最終被迫中止矯治，面臨監禁。入獄前，他因頭痛和平衡異常急診入院，MRI掃描發現其右側眶額皮層已被一腫瘤取代，背外側前額葉皮層被擠壓變形。手術切除腫瘤後，該患者順利完成了性成癮的矯治，並回歸家庭。但一年後，他又開始秘密收集色情材料，經MRI檢查發現腫瘤復發，患者再次接受手術。
以上兩個案例中，患者的腦腫瘤分別位於杏仁核與前額葉皮層，因此，這兩個腦區的功能受損直接導致了他們的異常行為（暴力攻擊與戀童行為）。杏仁核是人類邊緣系統中與本能慾望活動相聯繫的特定情緒情感中心，是遠古以來演化而來的恐懼中心，在個體出生後不久就被激活，到80歲時仍然很活躍。如果杏仁核功能發育不良，或者後天受到傷害或出現病灶、腫瘤壓迫等，其正常的恐懼情緒情感的體驗與識別就會大大地降低：患者沒有恐懼體驗，也不能識別他人的痛苦情緒，由此誘發其殘忍、本能性的犯罪行為。
而前額葉皮層是靈長類動物的智慧中心，是人類所有理性的功能中樞，其中，眶額部（OPF）是與理性相聯繫的人類道德性情感中心，是與人類文化道德規範相聯繫的道德感、憐憫心、同情心等高級情感的功能中樞。如果眶額部遭受諸如腫瘤等壓迫性損害，其高級情感則被抑制，無法實現個體曾經建立的高級理性與高級情感功能。如果杏仁核與眶額部同時出現功能缺陷，則表現為本能（動物性）衝動強烈（如攻擊本能與性本能突出），沒有或者低恐懼體驗，而道德感的控制力大大降低，那麼，出現持續性、本能性與攻擊性的暴力傷害則是自然發生的現象。