笛卡尔的二元论提出了心灵和物质的分野，让科学专于研究物质层面，将精神领域划分了出去。而这也造就了后期唯物主义的时代。
唯物论观点认为，所有自然现象，包括意识在内，都能用物质之间的交互作用来解释。也就是任何大脑与神经的活动，都只不过是一连串的细胞膜上的离子进出以及电讯号的传递罢了。身体机械性的接收来自外界的刺激之后，再通过类似电脑「零与一」的储存和读取，最后以电路传导方式到达神经末梢，支配着骨与肉的运动。对唯物论者来讲，意识的形成，仅仅是由细胞与电讯号从最低层堆叠而成的偶然，情绪与认知也能透过一连串的化学或电刺激等方式来加以重现。
另一方面，对心理学以及精神医学的学者来说，则是希望从精神、意识与心智所展现出的大脑高层次功能（higher level cortical function）来探讨问题与解释人的行为。同时也指出「脑」是一个有机体，除了神经可以再生之外，也能够改变它自己的结构和功能，并可以透过学习提升脑的能力。科学家更提出自主专注的心灵力量，可从更高处改变着脑的生理状态。
长时间以来，人类大脑与心灵的运作模式一直都被视为神秘的禁地。过去在科学界谁要谈论意识与心灵等等非物质的领域，往往就会被贴上反科学的标签。不过，新兴的观念与研究风潮却正是将精神与物质的领域结合起来进行探索。
在二十世纪末期，出现了「大脑十年」的计划，提供罕见经费进行研究，在神经解剖、生理学、心理学乃至电脑科学等等诸多跨专业的结合之下，配合最新影像学发展，包括最新的脑部扫描技术如核磁共振MRI、正子断层扫描PET等，进而出现了诸如认知取向的「神经心理学」等新领域，让神经医学家更进一步了解人的行为、思想、情绪在脑部所产生的影像变化。
现今多数关于意识的研究都集中在大脑的功能方面。如果一种现象难以用单纯的脑功能来解答，通常就归为超常现象，如预感、直觉、灵感、似曾相识的经验或「濒死经历」等。不过从本质上说，意识仍然具有其独特性，不能完全以物理机械观来解释。比如在心灵意识中可以观察到来自超乎自身经验的智慧，像是科技上突破性的新发明灵感，或是直觉性的思考等等。
对个体来说，小从神经细胞乃至大脑不同区域功能的片段，要想从这些零星的讯息组合成完整的认知与心灵智慧，就机率而言，可能性实在是微乎其微。因此，许多学派还是秉持存在所谓独立的意识，或称为「灵魂」的说法，认为个体本身就具有完整形式的精神思维，而又同时与物质大脑发生着互动。
举例来说，爱因斯坦对光速恒定的表述，并非计算或者观察出来的，也不是来自学习的经验，而是依靠灵感及直觉的感悟启发。这也间接印证了需要视心灵为一个不可分割的整体，同时意识很可能存在着独特的与外在系统的沟通形式。
这种灵魂主体以及沟通形式的存在与观察，已有许多可信度高的严肃研究。比如关于前世今生记忆的个案报告，当事人能准确说出自己出生后未曾经验过的遥远地方里的人、事、物。而在《复苏》（Resuscitation）、《柳叶刀》（The Lancet）等权威医学刊物上也有发表关于「濒死经历」的临床现象与统计，展现出了灵魂存在的另一证据。这些患者描述在「死亡状态」下看到光、隧道或其他的人、物等。其他的现象还包括有的人感到自己从身体脱离开，甚至飘在空中看到自己和周围的医生等等。
这些研究结果似乎暗示着精神意识的主体性，并能与外在系统进行某种形式的互动。而对于个体本身来讲，精神主体则能以自主意志来控制身体的活动及大脑的行为，甚至改变大脑的生理状态。看来要真正认识人类意识的奥秘，科学界需要一场思想的彻底变革。