Yarasa ekolokalizasyon mekanizması, evrimsel nörobilimin en dikkat çekici örnek sistemlerinden birini oluşturur. Yarasalar, larinks veya dil titreşimleriyle ürettikleri ultrasonik ses dalgalarını çevreye yayar, bu dalgaların nesnelerden dönen yankılarını işleyerek üç boyutlu uzaysal haritalar üretir. Bu süreçteki nörofizyolojik altyapı, hem duyusal hem de motor sistemlerin olağanüstü entegrasyonunu yansıtır. Yarasa ekolokalizasyon sesleri, türe bağlı olarak 20 kHz ile 200 kHz arasında değişen frekanslarda üretilir. Sabit frekanslı (CF) çağrılar ve frekans modulasyonlu (FM) çağrılar olarak iki temel tip vardır; bazı türler her ikisini de birleştirir (CF-FM). CF çağrıları ağırlıklı olarak hız tespitinde (Doppler kayması analizi), FM çağrıları ise mesafe ve detay algısında işlevseldir. Nörofizyolojik temel açısından işaret ederek başlamak gerekirse: yarasa ekolokalizasyon işlemesinde işitsel korteksin yapısı, diğer memelilerden belirgin biçimde farklılaşmıştır. Horseshoe yarasa (Rhinolophus ferrumequinum) gibi CF-FM türlerinde, işitsel korteksin büyük bir alanı yalnızca ekolokalizasyon frekansına ayrılmıştır; bu alan, tonotopik haritada aşırı bir amplifikasyon (akustik fovea) sergiler. Bu özelleşme, koklea düzeyinde de karşılık bulur: kohleada söz konusu frekansa karşılık gelen bölgedeki tüy hücreleri hem daha yoğundur hem de elektrik rezonansı açısından ince ayarlanmıştır. Yarasa ekolokalizasyon sisteminde gürültü azaltma mekanizmaları da nörofizyolojik açıdan dikkat çekicidir. Yarasalar, kendi çağrıları ile dönen yankılar arasındaki zamansal çakışmayı önlemek için orta kulak kaslarını (stapedius ve tensor tympani) etkin biçimde kullanır. Bu motor deaktivasyonu, çağrı sırasında işitme duyarlılığını geçici olarak azaltır; yankı geldiğinde ise duyarlılık hızla eski değerine döner. Bu motor-duyusal koordinasyon, beyin sapı ve serebellum seviyesinde gerçekleşen hassas bir zamanlama gerektirmektedir. Yarasa ekolokalizasyon araştırmaları, nöral plastisitenin sınırlarını test etmek ve sensorimotor entegrasyon modellerini geliştirmek için model sistem olarak kullanılmaya devam etmektedir. Ayrıca bu mekanizmanın mühendislik uygulamalarına, robotik sonar, yapay işitme sistemleri, görme yetersizlikleri için asistif teknolojiler, ilham verdiği bilinmektedir.