Наталья Петровна Бехтерева родилась в Ленинграде 7 июля 1924 года в интеллигентной семье. Она была внучкой великого ученого академика Владимира Бехтерева.
Ей было всего 4 года, когда он умер. Детство Натальи было тяжелым. После того, как отца-инженера расстреляли, как врага народа, а мать отправили в сталинские лагеря, девочка оказалась в детском доме. Медициной она всерьез заинтересовалась во время войны, когда в блокадном Ленинграде дежурила в госпиталях, ухаживая за ранеными.
В 1947 году Наталья окончила Ленинградский медицинский институт имени академика Павлова, в 1950 году – аспирантуру. С 1950 по 1990 год она работала в Институте экспериментальной медицины АМН СССР. Возглавляла Научно-исследовательский институт экспериментальной медицины АМН СССР. Затем стала во главе Института мозга человека РАН и почти два десятилетия была его научным руководителем.
Бехтерева изучала, как работает мозг здорового и больного человека и сделала немало открытий на этом пути. Наталья Петровна – автор около 400 научных работ, ей принадлежат открытия в области механизмов мышления, памяти, эмоций и организации головного мозга человека.
Бехтерева была первой в СССР, кто применил способ вживления электродов в мозг человека в диагностических и лечебных целях. Под её руководством была создана новая ветвь неврологии и нейрохирургии — стереотаксическая неврология.
Наталья Петровна была не просто очень умным, но и очень интересным человеком, изучала мозг вождей, встречалась с Вангой, а в последние годы стала верующим человеком и заинтересовалась феноменом опыта после смерти. Среди ее увлечений можно отметить живопись и музыку. Также она написала для массового читателя книгу «Магия мозга и лабиринты жизни», где понятным языком рассказала о мозге человека и его загадках.
Наталья Петровна Бехтерева скончалась после продолжительной болезни 22 июня 2008 года в Гамбурге (Германия). Ее работы оказали значительное влияние на развитие нейрофизиологии не только в нашей стране, но и далеко за ее пределами.