半个世纪之前，科学家发现了最早的线索：妊娠期分泌的激素能够激发雌性哺乳动物照顾子女的热情。自20世纪40年代开始，耶鲁大学的弗兰克·A·比奇（Frank A. Beach）就指出雌性生殖激素——雌激素和孕酮，能够控制大鼠、仓鼠、猫及狗对攻击和性行为的反应。美国拉特格斯大学动物行为研究所的丹尼尔·S·莱尔曼（Daniel S. Lehrman）和杰伊·S·罗森布拉特（Jay S. Rosenblatt）进一步的研究证明，这些雌性激素为大鼠展现母性行为所必需。1984年，现任职于塔夫茨·卡明斯兽医学院（Tufts Cummings School of Veterinary Medicine）的罗伯特·S·布里奇斯（Robert S. Bridges）在报告中表示，在妊娠期的某个特定时刻，雌激素和孕酮的分泌量会增加；而母性行为的表现则取决于这些激素之间的相互影响，及其最终分泌量的下降。布里奇斯和同事接着又指出，泌乳素（一种促进乳汁分泌的激素）以及哺乳期诱导产生的激素，能够进一步激发母鼠由雌激素和孕酮所诱导的母性行为。
除了激素以外，还有其他影响神经系统的化学物质，似乎也在激发母性本能中起一定作用。1980年，美国纽约州立大学唐斯泰特医学中心（Downstate Medical Center）的艾伦·R·金兹勒（Alan R. Gintzler）在报告中表示，大鼠怀孕期间，内啡肽的分泌量有所增加。内啡肽是一种由垂体和脑部的下丘脑区域分泌的止痛蛋白，除了可以让母亲为分娩的不适做好准备，还会启动母性行为。总的来说，这些数据说明对母性行为的控制，需要多种激素系统和神经化学物质系统的协调配合；而雌性动物的大脑对于妊娠期出现的激素分泌量变化，反应十分敏锐。
科学家已经确定控制母性行为的大脑区域。美国波士顿学院的迈克尔·努曼（Michael Numan）和玛丽莲·努曼（Marilyn Numan）发现，雌性动物大脑中，下丘脑的内侧视交叉前区（mPOA），是控制母性行为的主要区域；损伤该区域或对该区域注射吗啡，都会破坏母鼠的母性行为。不过，大脑的其他区域也参与其中，而且这些区域都富集了激素和其他神经化学物质的受体。美国国家心理健康研究所（National Institute of Mental Health）的著名神经学家保罗·麦克莱恩（Paul MacLean）曾提出，从大脑的中继站——丘脑出发到控制情感的扣带皮质之间的神经通路，是母性行为系统的重要组成部分，破坏母鼠扣带皮质，会造成其母性行为丧失。1990年，麦克莱恩在他的著经化学物质系统的协调配合；而雌性动物的大脑对于妊娠期出现的激素分泌量变化，反应十分敏锐。
科学家已经确定控制母性行为的大脑区域。美国波士顿学院的迈克尔·努曼（Michael Numan）和玛丽莲·努曼（Marilyn Numan）发现，雌性动物大脑中，下丘脑的内侧视交叉前区（mPOA），是控制母性行为的主要区域；损伤该区域或对该区域注射吗啡，都会破坏母鼠的母性行为。不过，大脑的其他区域也参与其中，而且这些区域都富集了激素和其他神经化学物质的受体。美国国家心理健康研究所（National Institute of Mental Health）的著名神经学家保罗·麦克莱恩（Paul MacLean）曾提出，从大脑的中继站——丘脑出发到控制情感的扣带皮质之间的神经通路，是母性行为系统的重要组成部分，破坏母鼠扣带皮质，会造成其母性行为丧失。1990年，麦克莱恩在他的著作《大脑的进化三部曲》中假定：当较简单的爬行动物大脑向哺乳动物大脑进化时，这些神经通路的演化有助于对哺乳动物大脑的塑造。
有趣的是，一旦这些生殖激素启动了母性反应，大脑对它们的依赖似乎就开始减少，只要有幼仔，就能激发母性行为。虽然新生的哺乳动物是些麻烦的小家伙，而且从各方面上来讲都不吸引人——它臭臭的、不能自立、时睡时醒，但母亲却热爱幼仔，在所有动物行为中，照顾它们是最积极的行为——甚至超过了对性行为和进食的关注。拉特格斯大学的琼·I·莫雷尔（Joan I. Morrell）指出，幼仔本身也许就是对强化母性行为的奖赏。
最近，美国马萨诸塞大学医学院的克雷格·费里斯（Craig Ferris）应用功能性磁共振成像技术（fMRI）——一种用于监测大脑活动的非侵入性成像技术，对哺乳期的母鼠进行了研究。费里斯发现，母鼠给幼鼠喂奶时，其依伏神经核（nucleus accumbens）的活动显著增强，而依伏神经核对于奖赏和强化反应是不可或缺的。拉特格斯大学的罗纳德·J·甘德尔曼（Ronald J. Gandelman）则表示，如果母鼠有机会收养幼鼠（例如，当它按下笼中的横杆时，就会有幼鼠从斜槽滑下），那它将会一直不停地按横杆，直至它的笼子里堆满了扭来扭去的粉红色小家伙。
不过，人类母亲这样做的动机是什么呢？美国南卡罗来纳医科大学的杰弗里·P·洛伯鲍姆（Jeffrey P. Lorberbaum），曾用fMRI来检测人类母亲听到她们孩子哭喊时的大脑活动。发现她们的大脑活动模式与啮齿类母亲类似，即在fMRI图像中，她们下丘脑的内侧视交叉前区和额前及眶额皮质都亮了起来。另外，英国伦敦大学学院的安德烈亚斯·巴特尔斯（Andreas Bartels）和塞米尔·泽基（Semir Zeki）发现，即使人类母亲只是凝视子女，她的大脑中控制奖赏机制的区域也会活跃起来。人类和啮齿类的相似反应显示，在哺乳动物的大脑中，存在着一种共有的母性神经回路。
