All'inizio degli anni '90, ha cominciato le sue ricerche sulle interazioni tra il cervello e le esperienze religiose e spirituali. In questo lavoro, spesso anche ascritto come “neuroteologia”, Newberg descriveva i possibili meccanismi neurofisiologici associati alle esperienze religiose e spirituali. La sua ricerca iniziale includeva l'uso di immagini funzionali del cervello per studiare meditatori Buddisti e monaci Francescani in preghiera. Questo lavoro è stato pubblicato in tre opere: "The Mystical Mind", "Why God Won't Go Away", (tr. It. "Dio nel cervello", "La prova biologica della fede") e "Why We Believe What We Believe".