Hebbs forskning var inriktad på de principiella sambanden mellan hjärnfunktion och beteende. Hans teorier karakteriseras av generella antaganden om hur dessa samband är beskaffade. Enligt Hebb kan alla psykologiska fenomen, t.ex. varseblivning och tänkande, förklaras som konsekvenser av aktiviteten i funktionella enheter i hjärnan, cellgrupperingar (engelska cell assemblies).