神經科學中的自由意志是神經哲學的一部分，是使用神經科學研究與自由意志（意志和代理感）相關的主題，并分析這些研究的發現如何影響自由意志辯論。

隨著研究活人腦成為可能，研究人員開始觀察工作中的神經決策過程。 研究揭示了關于人類能動性、道德責任和一般意識的意想不到的事情。

目前的工作與意志神經科學的一般趨勢廣泛一致：雖然我們可能會體驗到我們有意識的決定和思想會導致我們的行為，但這些體驗實際上是基于大腦區域網絡中大腦活動的讀數 控制自愿行為。

自由意志的神經科學包括兩個主要研究領域：意志和能動性。 意志，對自愿行為的研究，很難定義。 如果我們認為人類行為處于我們參與發起行動的一系列范圍內，那么反射將在一端，而完全自愿的行為將在另一端。 這些行為是如何發起的以及意識在產生這些行為中的作用是意志研究的一個主要領域。 能動性是行為者在給定環境中行動的能力，自哲學誕生以來就一直在爭論不休。 在自由意志的神經科學中，代理意識——發起、執行和控制一個人的意志行為的主觀意識——通常是研究的對象。

現代研究的一項重要發現是，一個人的大腦似乎在他意識到自己做出某些決定之前就已經做出了某些決定。 研究人員發現大約有半秒或更長時間的延遲（在下面的部分中討論）。

需要明確的是，一項單獨的研究不太可能反駁自由意志的所有定義。 自由意志的定義可能千差萬別，必須根據現有的經驗證據分別考慮每一個。 關于自由意志的研究也存在一些問題。 特別是在早期的研究中，研究依賴于自我報告的意識意識測量，但在某些情況下，對事件時間的內省估計被發現有偏見或不準確。 與有意識的意圖、選擇或決定的產生相對應的大腦活動沒有商定的衡量標準，這使得研究與意識相關的過程變得困難。

從已進行的測量中得出的結論也值得商榷，因為它們不一定能說明，例如，讀數突然下降代表什么。 這種下降可能與無意識決定無關，因為在執行任務時還有許多其他心理過程在進行。 雖然早期的研究主要使用腦電圖，但最近的研究使用了 fMRI、單神經元記錄和其他措施。

自由地按下按鈕很可能需要大范圍的認知操作。 研究至少表明，我們有意識的自我不會啟動所有行為。