Déjà vu w neurologii i neuropsychologii Badacze są zgodni, że déjà vu występuje często wraz z zaburzeniami neurologicznymi. Bardzo wcześnie zauważono występowanie déjà vu krótko przed rozpoczęciem się ataku padaczki. Wówczas zjawisko to wchodzi w skład aury poprzedzającej napad padaczkowy. Déjà vu, w powiązaniu z innymi zjawiskami psychicznymi towarzyszy stanom napadowym w przebiegu małego napadu padaczkowego (petit mal), a także w skład objawów napadów psychosensorycznych padaczki skroniowej.
Wiele badań wskazuje na związek déjà vu z płatem skroniowym. W 1963 r. Malwin Cole i Oliver Zangwill znaleźli istotną korelację między występowaniem zjawiska déjà vu a występowaniem ogniska padaczkowego w półkuli podległej. W 1959 roku Sean Mullan i Wilder Penfield w trakcie operacji dokonywali stymulacji tylnej części zakrętu skroniowego górnego prądem elektrycznym i kilku pacjentów przyznało, że miało déjà vu.
Robert Efron w 1963 roku prowadził badania nad zdolnością określania następstwa czasowego zdarzeń. Ustalił, że kluczowym obszarem mózgu dla rozróżniania następstwa wydarzeń jest płat skroniowy półkuli dominującej.