ספרו הנודע של ניל ר' קרלסון, הפיזיולוגיה של ההתנהגות, עוסק בתשתית הביולוגית של תופעות התנהגות. בספר מוצגים נושאים שונים שלוקטו תחת קורת גג אחת בגלל נגיעתם לפסיכולוגיה: מבנה הנוירון ותפקודו, נוירואנטומיה, פסיכופרמקולוגיה, מערכות החוש והמערכת המוטורית, אופני התנהגות טיפוסיים למין (שינה, רבייה, התנהגות ריגושית, אכילה ושתייה), למידה, זיכרון ושיכחון (אמנזיה), תקשורת מילולית הפרעות נוירולוגיות, הפרעות נפש והתמכרות לסמים. הספר כולל גם פרק על תולדות התחום ופרק מיוחד המוקדש לשיטות מחקר.

הפיזיולוגיה של ההתנהגות מיועד בראש ובראשונה לסטודנטים לפסיכולוגיה, אך גם תלמידי ביולוגיה ורפואה ואנשים תאבי דעת מתחומים אחרים עשויים למצוא בו עניין - במיוחד אם הם מתעניינים בהיבטים ההתנהגותיים של תחומי לימודיהם או בהבנה מעמיקה יותר של התנהגותם שלהם. הנושאים השונים מוצגים בספר באופן שאינו מצריך ידע קודם בתחום, ולפיכך הספר נוח במיוחד ללמידה עצמית. תרגומו נועד להקל על קוראי עברית את לימוד התחום המרתק הזה.