«Τι είναι η αγάπη;» Χιλιάδες απαντήσεις έχουν προσφερθεί – αλλά εκπληκτικά λίγες από βιολόγους, συμπεριλαμβανομένων των επιστημόνων του εγκεφάλου. Ίσως σε κάποιο επίπεδο οι επιστήμονες μοιράζονται την πεποίθηση του ποιητή ότι η αγάπη είναι αναπόφευκτη, μια ανθρώπινη πέμπτη διάσταση πέρα από τη λογική. Ενώ οι επιστήμονες θεωρούν ότι άλλες σύνθετες συναισθηματικές καταστάσεις όπως η κατάθλιψη, το άγχος ή ο φόβος είναι περίπλοκες, αλλά όχι απροσπέλαστες για την επιστήμη, η αγάπη εγκαταλείπεται στους ποιητές και τους τραγουδιστές.
Τρία κύρια, ξεχωριστά, αλλά αλληλένδετα συστήματα συναισθημάτων στον εγκέφαλο μεσολαβούν στο ζευγάρωμα, την αναπαραγωγή και την ανατροφή των νέων: λαγνεία, έλξη και προσκόλληση. Κάθε σύστημα συναισθημάτων συσχετίζεται με μια συγκεκριμένη νευροβιολογία στον εγκέφαλο. το καθένα σχετίζεται με διαφορετικό ρεπερτόριο συμπεριφοράς και το καθένα εξελίχθηκε για να κατευθύνει μια συγκεκριμένη πτυχή της αναπαραγωγής στα θηλαστικά.
Η λαγνεία ή λίμπιντο χαρακτηρίζεται από την επιθυμία για σεξουαλική ικανοποίηση και σχετίζεται κυρίως με τις ορμόνες (τα οιστρογόνα και τα ανδρογόνα). Η ορμή αυτή του σεξ εξελίχθηκε για να παρακινήσει τα άτομα να αναζητήσουν σεξουαλική ένωση με οποιονδήποτε κατάλληλο σύντροφο.
Η έλξη (άλλως γνωστή ως «παθιασμένη αγάπη», «εμμονική αγάπη» ή «τρέλα») χαρακτηρίζεται από αυξημένη ενέργεια και εστίαση της προσοχής σε έναν προτιμώμενο σύντροφο ζευγαρώματος. Στους ανθρώπους, η έλξη συνδέεται επίσης με συναισθήματα ενθουσιασμού, παρεμβατική σκέψη για τον αγαπημένο και την επιθυμία για συναισθηματική ένωση. Η έλξη σχετίζεται στον εγκέφαλο κυρίως με υψηλά επίπεδα νευροδιαβιβαστών ντοπαμίνης και νορεπινεφρίνης και με χαμηλά επίπεδα σεροτονίνης. Αυτό το σύστημα συναισθημάτων εξελίχθηκε για να επιτρέψει σε άνδρες και γυναίκες να διακρίνουν μεταξύ πιθανών συντρόφων ζευγαρώματος, να διατηρήσουν την ζευγαρωτική τους ενέργεια, να προτιμήσουν γενετικά ανώτερα άτομα και να ακολουθήσουν αυτά τα άτομα μέχρι να ολοκληρωθεί η γονιμοποίηση.
Η προσκόλληση χαρακτηρίζεται στα θηλαστικά από συμπεριφορά που μπορεί να περιλαμβάνει την υπεράσπιση μιας αμοιβαίας επικράτειας, την αμοιβαία δημιουργία φωλιών, την αμοιβαία σίτιση και την περιποίηση, το άγχος του χωρισμού και τις κοινές γονικές δουλειές. Στους ανθρώπους, η προσκόλληση χαρακτηρίζεται επίσης από συναισθήματα ηρεμίας, ασφάλειας, κοινωνικής άνεσης και συναισθηματικής ένωσης. Η προσκόλληση συνδέεται στον εγκέφαλο κυρίως με τα νευροπεπτίδια οξυτοκίνη και αγγειοπιεσίνη. Αυτό το σύστημα συναισθημάτων εξελίχθηκε για να παρακινήσει τα άτομα να διατηρήσουν τις σχέσεις τους αρκετά καιρό για να ολοκληρώσουν τα γονικά καθήκοντα του είδους τους.
Για κάθε σύστημα, τα νευρικά κυκλώματα αναμένεται να ποικίλλουν από το ένα είδος στο άλλο, μεταξύ ατόμων μέσα σε ένα είδος και κατά τη διάρκεια ζωής ενός ατόμου. Τα τρία συστήματα συναισθημάτων ενεργούν επίσης σε συνεννόηση μεταξύ τους και με άλλα σωματικά συστήματα. Για παράδειγμα, ένα άτομο μπορεί να ξεκινήσει έναν σεξουαλικό σύνδεσμο μόνο για σεξουαλική ευχαρίστηση, και μετά να εμπλακεί ρομαντικά με αυτόν τον σεξουαλικό σύντροφο. Μπορεί επίσης να γίνει βαθιά προσκολλημένο σε αυτόν τον σύντροφο, και αυτά τα ενισχυμένα συναισθήματα προσκόλλησης μπορούν να εξηγηθούν βιολογικά. Μετά τον οργασμό, τα επίπεδα της αγγειοπιεσίνης αυξάνονται στους άνδρες. Τα επίπεδα της οξυτοκίνης αυξάνονται στις γυναίκες. Αυτές οι ορμόνες είναι γνωστό ότι προκαλούν προσκόλληση και πιθανώς συμβάλλουν στα συναισθήματα της εγγύτητας μετά τη σεξουαλική επαφή.