Este artigo possui como objetivo geral compreender o processo de aprendizagem humana à luz das neurociências. Como objetivos específicos, busca-se identificar os fundamentos neuroanatômicos e neurofisiológicos da aprendizagem, destacar as contribuições dos conhecimentos neurocientíficos para o contexto educacional, bem como apontar alguns desafios das neurociências no âmbito da educação escolar. Do ponto de vista metodológico, tratou-se de uma pesquisa bibliográfica por meio de livros, periódicos especializados, trabalhos acadêmicos e da legislação correlata ao tema investigado. Verificou-se que as neurociências, no tocante à aprendizagem, não têm construído uma nova pedagogia, mas oferecido conhecimentos neurobiológicos que ajudam a fundamentar teorias pedagógicas relevantes e consolidadas. Enfatizou-se, por fim, que as neurociências ainda enfrentam desafios importantes, como investigar a dinâmica da aprendizagem frente às variáveis presentes nas situações reais de salas de aula, uma vez que os principais achados neurocientíficos sobre o tema provêm de ambientes controlados em laboratórios.