Limbički režanj, također nazvan limbički sustav ili mozak paleomamalija, složen je skup struktura unutar mozga. Nađen kod svih sisavaca, ovaj je sustav evolucijski stariji od moždane kore, ali mnogo mlađi od moždanog debla. Kod ljudi su pamćenje, učenje, emocije i osjetilna percepcija podržani strukturama u ovom dijelu mozga.
Limbički sustav važan je za opstanak svih sisavaca. Sposobnost sisavaca za afektivno ponašanje potječe iz ovih sustava. To tjera sisavce da ponavljaju radnje koje proizvode ugodne rezultate i prestanu s radnjama koje proizvode neugodne. S povećanim razumijevanjem uzroka i posljedice, sisavci mogu brzo učiti. Naklonost, koja tjera roditelje sisavaca da se brinu za svoje mlade, također potječe iz limbičkog režnja.
Kod ljudi se limbički režanj nalazi na vanjskoj strani moždanog debla i ispod moždane kore. Njegov položaj između ova dva dijela reprezentativan je za njegovu evolucijsku povijest, budući da se razvijao nakon primitivnog, reptilskog moždanog debla i prije modernijeg mozga primata. Presijecanje mozga na pola medijalno otkrit će presjek limbičkog režnja koji je mnogo tanji i jednostavniji od cerebralnog korteksa i uključuje mnogo više nabora od moždanog debla.
Limbički režanj se sastoji od niza sustava koji podržavaju pamćenje, učenje, emocije i percepciju. Dok ovi sustavi uključuju više svjesne misli od automatskih refleksa koje kontrolira moždano deblo, oni su manje kontrolirani od viših vještina mišljenja koje podržava cerebralni korteks. Limbički režanj se sastoji od mnogih malih struktura, uključujući talamus, hipotalamus, amigdalu i hipokampus.
Talamus, koji se nalazi u prednjem mozgu, je mjesto gdje gotovo svi senzorni podaci ulaze u mozak. Ovaj sustav je poznat kao relejna stanica, jer nakon što prikupi informacije iz očiju, nosa, ušiju i jezika, neuroni u ovom sustavu šalju informacije u druge dijelove mozga gdje se mogu asimilirati i koristiti. Hipotalamus, koji se nalazi ispod talamusa, uključen je u obradu emocija, gladi, žeđi i kontrolu autonomnog živčanog sustava.
Smješteni uz talamus, neuroni amigdale podržavaju pamćenje, strah i emocije. To je relativno velik dio mozga. Hipokampus, smješten iza amigdale, podržava pamćenje i učenje. Ovaj sustav posebno je uključen u prisjećanje prostornih odnosa i pretvaranje kratkoročnog pamćenja u dugotrajno pamćenje.