En neuropsykologisk undersøgelse udføres som regel efter henvisning fra en læge, oftest en speciallæge i neurologi. Undersøgelsen har til formål at finde ud af, hvad hjerneskaden eller sygdommen betyder for tænkning og følelsesliv. De funktioner, man undersøger, er f.eks. individets sprog, opmærksomhed, indlæring, hukommelse, planlægning, finmotorik, synsopfattelse samt følelsesregister - også kaldet de "højere" hjernefunktioner. Neuropsykologen stiller patienten en række forskellige prøver og opgaver, der er specielt udviklet til at teste hans færdigheder på de nævnte områder. Den neuropsykologiske undersøgelse er således en del af den information, der sammen med eksempelvis den neurologiske undersøgelse danner baggrund for, at man på hospitalet kan stille en diagnose af den hjerneskadede patient. I andre tilfælde, hvor diagnosen allerede er kendt, kan formålet være at undersøge, hvad hjerneskaden eller sygdommen kan forventes at betyde for uddannelses- eller arbejdsmuligheder. I genoptræningsregi fokuserer den neuropsykologiske undersøgelse især på, hvilke færdigheder, der er intakte og hvilke, der er forringede i forbindelse med hjerneskaden. Formålet hermed er at kunne fastlægge, på hvilke områder individet har brug for hjælp, og hvor der er psykologiske ressourcer at hente i arbejdet med at lære vedkommende at klare en tilværelse uden de tabte funktioner.
Den neuropsykologiske undersøgelse er således neuropsykologens vigtigste redskab for at kunne vurdere patienten med henblik på at stille en diagnose, der danner baggrund for planlægning af behandlingstiltag samt vejledning til personale og rådgivning af pårørende. Dette kan illustreres med hukommelse som eksempel: finder neuropsykologen, at en patient har hukommelsesvanskeligheder som følge af hjerneskaden (amnesi), vil denne først undersøge omfanget og graden af disse nærmere ved hjælp af prøver, der fokuserer på specifikke hukommelsesmæssige delfunktioner: koncentration/opmærksomhed, indlæring, genkendelse og genkaldelse af såvel sprogligt som ikke-sprogligt materiale. Disse resultater bruger neuropsykologen som baggrund for at vurdere, hvordan og i høj grad disse problemer kan behandles og hvilken type hjælpeforanstaltninger, der samtidig eller alternativt kan iværksættes. Samtidig skal afdelingens personale vejledes i at interagere med patienten på en måde, der er tilpasset vedkommendes hukommelsesmæssige formåen. Neuropsykologen skal også informere pårørende om, hvad amnesi er og hvordan syndromet ytrer sig i denne patients tilfælde samt hvordan man bedst letter hverdagen i forhold til patientens handicap.