Układ limbiczny został wyodrębniony wyłącznie na podstawie badań klinicznych. Początkowo przypisywano mu rolę w odbiorze i interpretacji wrażeń węchowych. W rezultacie dokładniejszych badań stało się jasne, że układ limbiczny pełni bardzo ważną funkcję w wyzwalaniu pewnych emocji oraz wpływa na zachowania popędowe. Większość jego struktur pełni wiele ról. Przykładowo zakręty oczodołowe pozwalają nie tylko na ocenę pokarmu na podstawie wyglądu, konsystencji czy zapachu, ale również na wyzwalanie uczucia strachu oraz agresji. Układ limbiczny wpływa również na popędy takie jak głód, pragnienie czy popęd seksualny. Uszkodzenie przyśrodkowej części ciała migdałowatego powoduje afagię (zaburzenie pobierania pokarmu). Układ limbiczny może być odpowiedzialny za pewne odmienne zachowania seksualne. Dzięki swoim licznym połączeniom z różnymi ośrodkami mózgu wpływa na wiele czynności wegetatywnych, w tym na ośrodki krążeniowe i oddechowe. Odbywa się to głównie za pośrednictwem podwzgórza, gdzie znajdują się liczne ośrodki wegetatywne, choć może oddziaływać na nie za pomocą bezpośrednich połączeń np. połączenia ciała migdałowatego z jądrem pasma samotnego i niektórymi jądrami nerwu błędnego.