Serebrumun hemen altında bulunan limbik sistem, beyinde hafıza ve duygu ile ilgili çeşitli görevleri yerine getiren bir dizi yapıdır. Limbik sistem ve duygu arasındaki bağlantı o kadar iyi oluşmuştur ki bazı araştırmacılar sisteme “duygusal beyin” adını verir. Evrimsel bir bakış açısına göre, bu sistem oldukça eski ve alt memelilerin beyninde bile mevcut, bu yüzden paleomammalian beyni olarak da bilinir.
Bu sistemde amigdala, hipokampus, hipotalamus, forniks ve septum dahil olmak üzere çeşitli yapılar mevcuttur. Yakındaki limbik lob, limbik sistemi ve duyguyu birleştiren önemli bir bileşendir. Burada belirtilen diğer yapıların bazıları da duygusal düzenlemede rol oynamaktadır.
Hiçbir tek yapı, limbik sistem ile duygu arasında birebir bir nedensel faktör değildir. Bu yapılar bazı duygusal durumları düzenlemeye yardım eder, ancak tamamen bir duyguya neden olmazlar. Bununla birlikte, spesifik yapılar belirli duygusal davranış gruplarını düzenlemeye yardımcı olmaktadır.
Amigdala, duygusal hatıraların oluşmasına yardım etmek için gerekli bir yapıdır. Amigdala'nın tehdit edici bir uyarıcıdan aktive edilmesi, bu yapının hatırlanması için hipokampus ile çalışmasına neden olur. Aynı uyaranla tekrar karşılaşıldığında, bu yapı bir korku tepkisine neden olur. Ayrıca öfke, şefkat ve cinsel tepkilerle de ilgili görünüyor. Bir amigdalası olmayan hayvanlar, annelik içgüdüsü veya öfke belirtileri göstermeyecek veya tehdit edici veya cinsel açıdan uyandıran uyaranlara tepki göstermeyecektir.
Talamus ve hipotalamusun bazı bölgeleri duyguları ifade etmelerine yardımcı olur, fakat onu üretmezler. Ön talamik çekirdeklerin, bireylerin duygusal uyaranlara nasıl tepki verdiğini etkilediği görülmektedir. Hipotalamusun yanlarında veya yanlarında, haz ve öfke ifadesinde rol oynayan çekirdekler vardır. Hoşnutsuzluk ve uyaranlara karşı isteksizlik, merkez veya medial alan tarafından yönlendirilir.
Korteks ayrıca limbik sisteme ve duyguya katılmaya yardımcı olur. Limbik korteksin bir bileşeni, seryulate gyrus, kan basıncını ve kalp atış hızını kontrol etmeye yardımcı olur. Aynı zamanda acıya duygusal bir tepki verir. Ek olarak, öfkeyi ifade etmede rol oynayabilir. Beynin bu bölgesine sahip olan vahşi hayvanlar saldırganlık göstermez.
Ventral tegmental alanda "zevk merkezleri" olarak adlandırılan, limbik sistem ve duygu arasında başka bir bağlantı göstermektedir. Bu hücrelerdeki aktivite, kimyasal dopamin salgılamalarına neden olur. Dopamin, hafif bir ödüllendirici duyumdan, cinsel hazzı andıran güçlü duygulara kadar değişen hoş hislere neden olabilir.
