De neuroloog houdt zich bezig met ziekten van de hersenen, het ruggenmerg en zenuwen en met spierziekten. Voorbeelden hiervan zijn epilepsie, multiple sclerose, de ziekte van Parkinson, dementie, hersentumoren, beroerte, hersenschudding, migraine en hernia. De klachten waarmee de patiënt naar een neuroloog gaat kunnen zijn: wegrakingen, hoofdpijn, verlammingsverschijnselen, dubbelzien en duizeligheid.
Om de oorzaak van de klacht vast te stellen is het verhaal van de patiënt belangrijk: wat zijn de klachten, wanneer zijn ze ontstaan en zijn de klachten in de loop van de tijd veranderd. Daarnaast bepaalt de neuroloog de functie van het zenuwstelsel door onderzoek van de spierkracht, het bewegingspatroon, het gevoel en de reflexen.
Soms is het nodig om nog ander onderzoek te doen. De hersenen en het ruggenmerg kunnen zichtbaar worden gemaakt met een MRI- of CT scan. De elektrische activiteit van de hersenen kan worden gemeten met een EEG. Dit is met name belangrijk voor onderzoek naar epilepsie. Voor bepaalde problemen aan armen en benen kan het nuttig zijn om de zenuwen te onderzoeken met een EMG.