แนวคิดเรื่องการจัดการเรียนการสอนที่สอดคล้องกับการทำงานของสมองเริ่มต้นขึ้นในช่วงทศวรรษ1980 ซึ่งเป็นช่วงระยะเวลาที่วิทยาการทางด้านประสาทวิทยาและวิทยาการการเรียนรู้พัฒนาไปอย่างรวดเร็ว สามารถตอบสนองความกระหายใคร่รู้ว่า คนเราคิดและเรียนรู้ได้อย่างไร อย่างไรก็ตามเรื่องของการเรียนรู้และความทรงจำของคนเรานั้น เกี่ยวข้องกับระบบประสาทหรือสมองซึ่งเป็นส่วนประกอบที่สำคัญยิ่งของระบบประสาท ดังนั้นความหมายของการจัดการเรียนการสอนที่สอดคล้องกับการทำงานของสมองจึงหมายถึงการจัดการเรียนการสอนที่เป็นไปตามธรรมชาติการเรียนรู้ของสมอง เป็นวิธีการเรียนรู้แบบผสมผสานที่สร้างขึ้นโดยมิได้กำหนดวิธีการตายตัวหรือเป็นสูตรสำเร็จในการจัดการเรียนการสอน แต่จะเป็นการจัดการเรียนการสอนที่เหมาะกับธรรมชาติการเรียนรู้ของสมองเท่านั้น
นักการศึกษาอาศัยข้อมูลจากการวิจัยทางด้านสมองมาประยุกต์ใช้ในการจัดการเรียนการสอน แต่เดิมนั้นมีความเข้าใจที่คลาดเคลื่อนอยู่หลายประการ เช่นการเข้าใจว่าควรจะจัดการเรียนการสอนให้สอดคล้องกับการทำงานของสมองแต่ละซีกเพื่อให้เกิดประโยชน์สูงสุดต่อการเรียนรู้ เช่น อยากให้ผู้เรียนเรียนรู้เรื่องที่เป็นนามธรรม ดนตรีหรือเรื่องราวที่ต้องใช้จินตนาการให้ได้ผลก็ต้องมุ่งไปที่สมองซีกขวา อยากให้ผู้เรียนเรียนรู้เรื่องภาษา หรือความรู้ต่างๆ ที่เป็นหลักการหรือต้องใช้เหตุผลก็ต้องมุ่งไปที่สมองซีกซ้าย เป็นต้น ปัจจุบันนี้เราทราบแล้วว่าสมองแต่ละซีกไม่ได้แยกหน้าที่การทำงานกันอย่างชัดเจนเช่นนั้น บางเรื่องสมองซีกซ้ายจะเป็นตัวหลักทำงานร่วมกับซีกขวา บางเรื่องซีกขวาเป็นตัวหลัก บางเรื่องต่างฝ่ายต่างทำ จะอย่างไรก็ตามการทำงานของสมองทั้งสองซีกก็จะหล่อหลอมเป็นความรู้สึกเดียวในตัวคน
จากพัฒนาการของวิทยาการทางด้านประสาทวิทยา เรามีเครื่องมือที่สามารถติดตามดูการทำงานของสมองได้ เช่น การใช้เครื่อง Positron emission tomography (PET) หรือการใช้เครื่อง Functional magnetic resonance imaging (FMRI) ทำให้นักวิจัยทราบว่า
- การเรียนรู้ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงทางกายภาพของสมอง
- การเปลี่ยนแปลงนี้เกิดขึ้นภายหลังการจัดระบบของสมอง กล่าวอีกนัยหนึ่งก็คือ การเรียนรู้ทำให้เกิดการรื้อและจัดระบบใหม่ของสมอง
- แต่ละส่วนของสมองมีความพร้อมต่อการเรียนรู้ในช่วงระยะเวลาที่แตกต่างกัน
เป็นที่รู้กันทั่วไปว่าสมองของคนจะมีลักษณะเฉพาะ แตกต่างกันออกไปในแต่ละคน จริง
อยู่ที่สมองของแต่ละคนจะมีขนาดไม่แตกต่างกันมากนัก สมองอัจฉริยะของอัลเบิร์ต ไอนสไตน์หนักประมาณ 3 ปอนด์เท่าๆ กับคนธรรมดาทั่วไป สิ่งที่ทำให้เกิดความแตกต่างก็คือ
- พันธุกรรม
- อาหาร การขาดสารอาหารโปรตีนจะทำให้เด็กกลายเป็นบุคคลปัญญาอ่อนหรือสมองพิการ โปรตีนเป็นโครงสร้างสำคัญของกิ่งก้านที่เชื่อมโยงกันภายในสมอง
- สิ่งแวดล้อมและการเลี้ยงดู ประสบการณ์และการมีปฏิสัมพันธ์กับสภาวะแวดล้อมที่แตกต่างกันทำให้พัฒนาการของสมองแตกต่างกัน
การเรียนรู้จะเป็นไปได้อย่างมีประสิทธิภาพก็ต่อเมื่อการเรียนรู้นั้นสอดคล้องกับการทำงานของสมอง สมองของเด็กแต่ละคนจะมีความเป็นเอกลักษณ์เพราะปัจจัยดังที่ได้กล่าวข้างต้น ดังนั้นในฐานะของนักการศึกษาแล้วจะต้องเข้าใจว่าสมองของมนุษย์มีความยืดหยุ่น (plasticity) บางส่วนของเซลสมองที่ไม่ได้ใช้ก็จะสูญเสียไป เพราะสมองจะมีการรื้อและเล็มกิ่งก้านสมองที่ไม่ได้ใช้งานเป็นระยะ ส่วนที่ไม่ได้ใช้ก็จะถูกทำลายไป (pruning) การเรียนรู้ของสมองในบางเรื่องจึงเป็นไปได้ยากง่ายตามวัยของผู้เรียน เช่นเด็กเล็กๆจะเรียนรู้ในเรื่องของภาษาอื่นๆที่มิใช่ภาษาแม่ได้ดีกว่าคนสูงอายุ (principle of window of opportunity)