مجموعة متقدمة من الأساليب العلمية تهدف إلى دراسة دقيقة وموضوعية للعلاقة بين العوامل النفسية والحالة الجسدية للجسم. تعتمد هذه الطرق على قياس المؤشرات البيولوجية والفسيولوجية التي تتغير استجابة للضغط النفسي أو القلق أو الاكتئاب أو مشاعر أخرى: تغيرات في إفراز الهرمونات (الكورتيزول، الأدرينالين)، نشاط الجهاز العصبي الذاتي، معدل ضربات القلب، ضغط الدم واستجابات الجهاز المناعي.
تشمل الطرق البيولوجية اختبارات مخبرية لتحديد تركيز الهرمونات، والعلامات الالتهابية، والخلايا المناعية.
تشمل التقنيات الفسيولوجية بدورها استخدام تقنيات مثل تخطيط الدماغ الكهربائي (EEG)، والتصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي (fMRI)، وتخطيط القلب الكهربائي (ECG)، والاستجابة الجلدية الجلفانية (GHR) لتحديد استجابات الجسم للضغط النفسي.
تستخدم هذه الطرق أيضا في الدراسات التجريبية لتحديد العلاقة السببية أو الارتباطية بين الحالة النفسية والأداء الجسدي، وكذلك لتفسير حدوث الأعراض النفسية الجسدية. تتيح نتائج الأبحاث البيولوجية والفسيولوجية للعلماء والأطباء تطوير تدخلات علاجية دقيقة تهدف إلى تحسين الصحة النفسية والجسدية. تزيد التدخلات مثل تطوير برامج إدارة التوتر، والتمارين النفسية الجسدية، والدعم الاجتماعي من قدرة الشخص على التكيف مع التوتر وتقليل خطر الإصابة بالأمراض الجسدية. لذا، تشكل طرق البحث البيولوجي والفسيولوجي أساسا علميا قويا لفهم التفاعل الديناميكي بين العقل والجسد ضمن إطار علم النفس الجسدي.