El consumo de determinados nutrientes tiene el potencial de alterar la función mental y la salud de nuestro cerebro, pues estos actúan sobre sistemas moleculares o procesos celulares que son vitales para mantener la función cognitiva. Esto genera la posibilidad de que las manipulaciones dietéticas sean una estrategia viable para mejorar las capacidades cognitivas y proteger al cerebro del daño, promoviendo la reparación y contrarrestando los efectos del envejecimiento.

Las redes cerebrales que están asociadas con el control de la alimentación están íntimamente asociadas con las que están involucradas en el procesamiento de las emociones, la recompensa y la cognición.

Las adaptaciones que facilitaron la adquisición de alimentos y la eficiencia energética ejercieron fuertes presiones evolutivas sobre la formación del cerebro moderno y el desarrollo exigente de energía de las habilidades cognitivas.

Se han identificado varios componentes de la dieta que tienen efectos sobre las capacidades cognitivas, a continuación revisaremos algunos:

Grasas: Los lípidos de la dieta, que originalmente se pensaba que afectaban el cerebro a través de sus efectos sobre la fisiología cardiovascular, están ganando reconocimiento por sus acciones directas en el cerebro. El consumo dietético de ácidos grasos omega-3 es una de las interacciones mejor estudiadas entre la evolución de los alimentos y el cerebro.  El ácido docosahexaenoico (DHA) es el ácido graso omega-3 más abundante en las membranas celulares del cerebro; sin embargo, el cuerpo humano no es eficiente en la síntesis de DHA, por lo que dependemos en gran medida de su incorporación a través de la dieta. La deficiencia dietética de ácidos grasos omega-3 en humanos se ha asociado con un mayor riesgo de varios trastornos mentales, que incluyen trastorno por déficit de atención, dislexia, demencia, depresión, trastorno bipolar y esquizofrenia

Un informe de consenso del Comité de Investigación sobre Tratamientos Psiquiátricos de la Asociación Americana de Psiquiatría ha proporcionado principios rectores generales para el uso de ácidos grasos omega-3 para el tratamiento de los trastornos del estado de ánimo.

En contraste con los efectos saludables de las dietas que son ricas en ácidos grasos omega-3,  estudios epidemiológicos indican que las dietas con altos contenidos de grasas trans y saturadas afectan adversamente la cognición. Estudios indican que  la "comida chatarra", caracterizada por altos contenidos de grasas saturadas y sacarosa, han mostrado una disminución en el rendimiento cognitivo.

En los últimos 100 años, la ingesta de ácidos grasos saturados, ácido linoleico y ácidos grasos trans se ha incrementado dramáticamente en las civilizaciones occidentales, mientras que el consumo de ácidos grasos omega-3 ha disminuido. Esto podría explicar la incidencia elevada de depresión mayor en países como Estados Unidos y Alemania.

El folato o el ácido fólico: Esta vitamina encuentra en diversos alimentos, como verduras, frutas, lácteos y cereales. Los niveles adecuados de ácido fólico son esenciales para la función cerebral, y la deficiencia de folato puede conducir a trastornos neurológicos como la depresión y el deterioro cognitivo. Su consumo  ha demostrado ser eficaz para prevenir el deterioro cognitivo y la demencia durante el envejecimiento, y para potenciar los efectos de los antidepresivos. 

Ingesta calórica: La alteración del contenido calórico de la dieta es un medio potencial para afectar la capacidad cognitiva. El exceso de calorías puede reducir la plasticidad sináptica y aumentar la vulnerabilidad de las células al daño, al provocar la formación de radicales libres que sobrepasa la capacidad de amortiguación de la célula. Una restricción calórica moderada podría proteger el cerebro al reducir el daño oxidativo de las proteínas celulares, los lípidos y los ácidos nucleicos.

Investigaciones han reportados que la ingesta excesiva de alimentos en naciones ricas parece ser casi tan dañina como la falta de ella en los países pobres. Es intrigante que varios países con recursos limitados, como India, tengan una prevalencia reducida de trastornos neurológicos que se han asociado con la dieta, como la enfermedad de Alzheimer.

Antioxidantes: Se ha demostrado que varios micronutrientes con una capacidad antioxidante influyen en la función cognitiva. La vitamina E, o α-tocoferol, se ha visto implicada en el rendimiento cognitivo, ya que la disminución de los niveles séricos de vitamina E se asoció con un rendimiento deficiente de la memoria en personas mayores. La curcumina de especias de curry, un conservante de alimentos tradicional y una hierba medicinal en la India, ha demostrado reducir los déficits de memoria en modelos animales de la enfermedad de Alzheimer y el trauma cerebral. Dado el alto consumo de curcumina en la India, es posible que pueda contribuir a la baja prevalencia de la enfermedad de Alzheimer en ese país. La curcumina es un potente antioxidante que parece proteger al cerebro de la peroxidación lipídica y de los radicales basados ​​en óxido nítrico.