در گذشته، رابطه بین نظریه های سنتی یادگیری در روان شناسی و نظریه های نوروفیزیولوژی رابطه نزدیکی نبود. اما به تازگی یافته های نو در علوم عصب شناسی برای پدیده های یادگیری گاه پیچیده، مانند یادگیری مشاهده ای، مکانیسم های عصبی نسبتا ساده ای کشف کرده اند که یکی از آنها نورون های آیینه ای است. این نورون ها نشان می دهند که مغز چگونه فعالیتی را که ما انسان ها مشاهده می کنیم در خود ثبت می نماید و انجام آن فعالیت را در همان لحظه یا در آینده آسان می سازد. نقش این نورون ها آن است که، در تعاملات اجتماعی، عمل فرد مشاهده کننده را با عمل فرد مورد مشاهده مطابقت می دهد و از این طریق به فرد مشاهده کننده کمک می کند تا از طریق همسو نمودن رفتار خود با رفتار فرد مورد مشاهده آن رفتار را بفهمد. در مورد منشا نورون های آیینه ای سه دیدگاه وجود دارند: (1) دیدگاه تکاملی که وجود نورون های آیینه ای را بخشی از سازگاری می داند که در طول عمر نوع جاندار در او تکامل یافته است، (2) دیدگاه تداعی که بر توانایی ذاتی در شکل دهی به نورون های آیینه ای با تاکید بر تجربه استوار است، و (3) دیدگاه اندیشه - عمل که طبق آن تصوری که ما از بازخوردهای حسی مرتبط با یک عمل می سازیم اساس اجرای درست آن عمل است. پیش از کشف نورون های آیینه ای دو تبیین عمده برای یادگیری مشاهده ای از سوی روان شناسان رفتاری و شناختی ارائه شده بود. رفتارگرایان به رهبریت بی اف اسکینر، واضع شرطی سازی کنشگر، برای یادگیری از راه مشاهده و تقلید آموزی سه عنصر مشاهده الگو، انجام رفتار مطابق با الگو، و دریافت تقویت را ضروری می دانستند. در مقابل، شناخت گرایان، به سرکردگی آلبرت بندورا، یادگیری مشاهده ای را عمدتا پدیده ای کاملا شناختی و خبر پردازانه معرفی کردند و برای یادگیری آن به چهار فرایند توجه، به یاد سپاری، باز آفرینی حرکتی، و انگیزش متوسل می شدند. کشفیات مربوط به نورون های آیینه ای هم دیدگاه رفتار گرایان و هم اندیشه شناخت گرایان را مورد چالش قرار می دهد.