Hersenonderzoek is onderzoek naar de werking van de hersenen.

Methoden 
In het verleden richtte het onderzoek zich vooral op de anatomie van de hersenen. In de 19e eeuw bedacht Franz Joseph Gall de frenologie, oftewel "knobbelkunde". Hij dacht dat knobbels op de schedel te maken hadden met de functie van de hersenen eronder (bijvoorbeeld een talenknobbel).

Door het bestuderen van uitvalsverschijnselen bij patiënten met hersenletsel is men hersenfuncties gaan koppelen met hersengebieden. 

Tegenwoordig gaat het hersenonderzoek vaak met behulp van hersenbeeldvormende technieken zoals CT, PET, MRI, fMRI en EEG.

Wetenschap 
Naast onderzoek van de hersenen van individuele patiënten met klachten vindt er ook fundamenteel-wetenschappelijk onderzoek plaats naar de hersenen van mens en dier. Het Nederlands Instituut voor Hersenonderzoek te Amsterdam, onderdeel van de Koninklijke Nederlandse Akademie van Wetenschappen, is daarvoor een, ook internationaal, belangrijk centrum. 

Geneeskundig onderzoek