Limbiskā sistēma, kas atrodas tieši zem smadzenēm, ir smadzeņu struktūru virkne, kas veic vairākus uzdevumus, kas saistīti ar atmiņu un emocijām. Saikne starp limbisko sistēmu un emocijām ir tik labi izveidota, ka daži pētnieki šo sistēmu dēvē par “emocionālajām smadzenēm”. No evolūcijas viedokļa šī sistēma ir diezgan veca, un tā atrodas pat zemāko zīdītāju smadzenēs, tāpēc to sauc arī par paleozīdītāju smadzenēm.
Šajā sistēmā ir vairākas struktūras, tostarp amigdala, hipokamps, hipotalāms, fornix un starpsiena. Blakus esošā limbiskā daiva ir arī būtiska sastāvdaļa, kas saista limbisko sistēmu un emocijas. Dažām citām šeit minētajām struktūrām ir arī nozīme emocionālajā regulējumā.
Neviena struktūra nav pilnīgs viens pret vienu cēloņsakarības faktors starp limbisko sistēmu un emocijām. Šīs struktūras palīdz regulēt noteiktus emocionālos stāvokļus, taču tās pilnībā neizraisa emocijas. Tomēr īpašas struktūras palīdz regulēt noteiktas emocionālās uzvedības kopas.
Amigdala ir viena no galvenajām struktūrām, kas palīdz veidot emocionālas atmiņas. Amigdalas aktivizēšana no apdraudoša stimula liek šai struktūrai strādāt ar hipokampu, lai to atcerētos. Atkārtoti saskaroties ar to pašu stimulu, šī struktūra izraisa baiļu reakciju. Šķiet, ka tas ir saistīts arī ar dusmām, pieķeršanos un seksuālām reakcijām. Dzīvnieki bez amigdalas neizrādīs mātes instinktus vai dusmu pazīmes, kā arī nereaģēs uz draudošiem vai seksuāli uzbudinošiem stimuliem.
Atsevišķi talāmu un hipotalāmu apgabali palīdz izteikt emocijas, bet neģenerē tās. Šķiet, ka priekšējie talāmu kodoli ietekmē to, kā indivīdi reaģē uz emocionāliem stimuliem. Hipotalāma sānos jeb sānu zonās atrodas kodoli, kas iesaistīti baudas un dusmu izpausmē. Neapmierinātību un nepatiku pret stimuliem izraisa centrs jeb mediālā zona.
Garoza arī palīdz pievienoties limbiskajai sistēmai un emocijām. Viena limbiskās garozas sastāvdaļa, cingulāts, palīdz kontrolēt asinsspiedienu un sirdsdarbības ātrumu. Tas arī izraisa emocionālu reakciju uz sāpēm. Turklāt tam var būt nozīme dusmu izteikšanā. Savvaļas dzīvnieki, kuriem šī smadzeņu zona ir izņemta, neizrāda agresiju.
Tā sauktie “prieka centri” ventrālajā tegmentālajā zonā parāda citu saikni starp limbisko sistēmu un emocijām. Darbība šajās šūnās liek tām atbrīvot ķīmisko dopamīnu. Dopamīns var izraisīt patīkamas sajūtas, sākot no vieglas atalgojošas sajūtas līdz spēcīgām sajūtām, kas atgādina seksuālo gandarījumu.