La neurochimie ou neurobiochimie, est la science qui s'intéresse aux phénomènes biochimiques du système nerveux. Elle comprend principalement l'étude des neurotransmetteurs qui assurent la transmission de l'information électrique entre deux neurones. Elle comprend également l'étude d'autres molécules telles que et les neuropeptides qui participent à la physiologie du système nerveux. Ce champ particulier des neurosciences s'attache à examiner l'influence des psychotropes sur les neurones, les synapses et les réseaux neuronaux. Le neurochimiste analyse la biochimie et la biologie moléculaire de composés organiques dans le système nerveux et leurs rôles dans des processus neuronaux incluant la plasticité neuronale, la neurogénèse et la différenciation neuronale.