在一些流行的硬科幻作品中，总是把思想和大脑看作同一个事物。想想那些故事情节：将人的大脑从身体中取出，“砰”的一声扔进维持大脑活性的容器里，然后用电极把大脑和几个盒子连接起来，而这些盒子有的是“眼”，有的是“耳朵”。再之后，科学家通过这些盒子刺激大脑，大脑就像在身体里一样能感受到各种经验感受，进而也就拥有了思想、想象和意图等。在这种情况下，此时的大脑活动就是心灵的变化。我们在脑海里想象一个物体，比如一个黄色的灯泡，其实就等同于脑神经系统的一次运动。这种看法被称为“心脑同一论”（mind-brain identity theory）。和逻辑行为主义一样，这种理论也是从神经学角度进行论证的，它认为解释心灵现象只需要自然科学就足够了，并不需要任何超自然、超物质的东西。
几十年前，因为得到了许多澳大利亚哲学家的支持，心脑同一论又被称为澳大利亚人假说。这是一个唯物主义假说，它的基本内涵是，心灵状态不需要用其他超物质的因素来解释。唯物主义是一元论，认为人和整个宇宙的本质都是物质。唯物主义自古就存在，而在当代，物理主义（physicalism）一词对其进行了更好的概括。物理主义认为，包括人类在内的整个宇宙的事物都可以用物理方法来理解，当然，这里所说的物理方法也包括化学和生物的方法。但是，心脑同一论则是试图将心灵的东西“还原”（reduced）成物质的。
心脑同一论也被看作对逻辑行为主义的补充和修正。举个例子，假设有一块糖，因为一直不和水接触，所以它不会溶化，但实际上它是可溶解的，它的分子结构决定了它一遇到水就会溶化。与之类似，神经结构也是如此，它决定了当人一旦处于特定场景之中，就会做出特定的行为。在特定的情景中，人的感觉、信念和意向都只不过是神经状态衍生出的产物。比如说，当丹处在极度的痛苦这种神经状态之中时，如果单独一人，他会尖叫；如果与领导在一起，他会咬紧牙关、保持安静；如果与拉维尼娅在一起，他则会寻求帮助，诸如此类。
但是，逻辑行为主义和心脑同一论都无法解释感受性质。人们很难接受意识体验不过是神经的电化学活动这种观点，也很难认同意识体验仅仅是一种行为倾向。的确，当我们要描述可能发生的行为时，难免要使用心理方面的词汇。比如在上面丹的例子中，“紧咬牙关”这个词就描述了他的心理状态，表明丹努力想要隐藏自己的痛苦。
除此之外，人们还拥有对自己心灵状态的最直接知识，难道不是这样吗？我的许多心灵状态只有我自己知道，只有我自己能够体会。与之相对，大脑和行为都是向公众开放的。有个很烂的笑话说，医生口口声声地说你很痛苦，而你却对此一无所知。或许医生注意到了你身上一些细微的伤口，而你没有察觉，但在是否感觉到痛苦这件事上，你始终有最高解释权。即便用所谓的核磁共振扫描你的大脑，在你的思想与感受这方面，也没有人能超越你的权威性。
但这就引出了另外一个问题。除了抑郁等，通常心理状态都带有“意向性”，这是在19世纪由弗朗茨·布伦塔诺（Franz Brentano）提出的。比方说，你关注天上的星星，回忆浪漫的邂逅，害怕蜘蛛，相信独角兽存在，认为19是个质数，这些思考、信念、回忆等都指向了具体的内容。尽管行为倾向也有一定的方向性，但行为以及神经活动怎么会有内容呢？如果说古巴比伦人也有和我们一样的神经活动，那他会想到电脑或阿富汗被入侵吗？很明显，思想和言语的内容与人的生活环境、历史条件等密切相关。
思维拓展
莱布尼茨关于意识的思想实验
设想有一台机器，其构造使其可以产生思想、感觉和知觉，那么，我们便能做如此想象。对这台机器按比例进行放大，使人能够进入其中，犹如走进磨坊那样，以此作为前提。在参观其内部时，人们所能发现的不外乎相互碰撞的个别机件，而绝不会看到可以从中解释知觉的东西。可见，人们必须在单一实体中而不能在复合的东西或机械装置中去寻找知觉。而且，知觉及其变化这类东西也只有在单一实体中才能够找到。
——莱布尼茨《单子论》（1714），第17节
莱布尼茨的说法强调了无论对大脑如何研究，哪怕是“进入大脑之中”，我们对心灵也仍然一无所知。通过形而上学的推理，他得出了一个奇妙的结论：现实是由不可分割的单一实体组成的，即“单子”（monad）。单子是一切复杂现象和物质的基础。人的具有理性能力的灵魂就是单子，人的肉体也是由无数单子组成的。每一个单子都是一个独立的世界，它是整个世界的缩影。所有的单子都遵循上帝的设计，按照各自的轨迹运动，世界因此处于和谐之中，即前定和谐。但奇怪的是，莱布尼茨声称他站在常识这边。
由于以上提到的问题，人们可能更愿意相信二元论，当然，二元论也有很多问题。虽然当代很少人认同笛卡尔的二元论，但当我们探讨心脑同一论时，也难免发现其中同样存在着最基本的二元论，即物质性与精神性的对立。而从进化的角度来看，这种对立的产生就是动物大脑在进化活动中逐渐产生了意识的属性。不过，这种属性二元论（property dualism），或者说“双重属性论”（double aspect theory）仍然存在一个常见的二元论难题，即两种性质完全不同的属性如何相互作用。哲学家们从神经学家的研究中得知，当人在进行心理活动时，某种特定的纤维，比如C神经纤维就会放电。但是，对于神经纤维放电究竟如何与腿疼等人类感知发生关系，哲学家们仍然十分困惑。
物理的因果系统一般被看作封闭的，物理变化只会导致物理变化，反之亦然。如果这个因果系统的确是封闭的，那么按照属性二元论的解释，人们感受到的疼痛（心灵属性）与尖叫、抱腿的动作（物理属性）就根本无法存在因果关系，因为物理行动只能由物理原因引起。副现象论（epiphenomenalism）(13)认为，物理活动可以引发出心理活动，比如经验感受，但心理活动不是引发物理活动的原因，也不对行为产生影响。用威廉·詹姆斯的话说，心理活动就像是旅行者的影子，对旅行本身没有任何影响。
副现象论有很多可质疑的地方。比如说，如果疼痛的感受不是引起尖叫、抱腿等行为的原因，物理行为仅仅取决于神经物理活动，那么，假设神经物理活动是引起尖叫的原因，它就同样也是引起快乐的原因，也就是说，痛苦与快乐的原因是相同的。除此之外，如果认为意识不能对行为产生影响，那就很难解释人为何会进化出意识。或许，你可以说意识只是一个偶然出现的副产品，但假如它只是物理变化的副产品和影子，那么，当人能够正确体会自己的心灵状态时，也一定只不过是运气好罢了。
