컴퓨터 기술의 발전으로 뇌과학이 발전하였고 이는 제2언어습득 연구의 발전을 이끌었다. 이의 신경학적 원리를 이해해야 설명적 관점에서 접근할 수 있으며 증명되지 않은 가설들에 대해 뇌과학을 적용한다면 제2언어습득의 매커니즘을 규명할 수 있을 것이다.
언어와 뇌의 관계는 그동안 신경생리학자들의 주된 관심사였다. 그러나 1990년대 이후로 컴퓨터 기술이 진보함에 따라 이를 활용한 뇌영상술이 발달되어 언어와 뇌의 관련성에 대한 연구가 활발하게 이루어지고 있다. 이러한 뇌과학의 발달은 제2언어습득 연구에도 영향을 미쳤다. 가령, Schumann은 제2언어습득을 단순히 묘사가 아닌 설명적 관점에서 접근하기 위해서는 제2언어습득의 신경학적 원리를 이해해야 한다고 주장한다. Ellis는 뇌에 관한 신경생리학적 연구를 통하여 제2언어습득의 인지적 이론에 대한 정당성을 확립할 수 있다고 한다. 그동안 제2언어습득 분야에는 직접 증명하기 어려운 가설들(예: Chomsky의 LAD)이 주장되어 왔는데 그러한 가설들을 뇌과학을 통하여 입증하거나 반박할 수 있다면, 제2언어습득의 매커니즘을 규명하고 이해하는데 매우 도움이 될 것이다. 다음에서는 언어습득과정에서 뇌가 어떻게 작용하고 발달하는지 등의 문제를 중심으로 살펴보자.