Dichas neuronas se activan cuando un animal o persona ejecuta una acción y cuando observa esa misma acción al ser ejecutada por otro individuo, especialmente un congénere. Las neuronas del individuo imitan como "reflejando" la acción de otro: así, el observador está él mismo realizando la acción del observado, de allí su nombre de "espejo". Tales neuronas habían sido observadas en primer lugar en primates, y luego se encontraron en humanos y algunas aves. En el ser humano se las encuentra en el área de Broca y en la corteza parietal.
En las neurociencias se supone que estas neuronas desempeñan un importante rol dentro de las capacidades cognitivas ligadas a la vida social, tales como la empatía (capacidad de ponerse en el lugar de otro) y la imitación. Debido a estas implicaciones acerca del comportamiento humano, se han dado algunas hipótesis que postulan alteración en el funcionamiento o la falta de las mismas en pacientes que cometen crímenes violentos, como son los asesinos seriales; pero estos hallazgos son muy preliminares y no datos suficientes que sustenten dichas hipótesis.
