Родилась 7 июля 1924 г. в Ленинграде (ныне Санкт-Петербург). Внучка русского физиолога, психиатра иневропатолога Владимира Михайловича Бехтерева (1857-1927). Отец Петр Владимирович Бехтерев (1888-1938),инженер и изобретатель, был репрессирован (1937) ирасстрелян. Мать Зинаида Васильевна Бехтерева (ум. в 1975 г.), врач по образованию, также подверглась репрессиям и в 1938 г. была сослана на восемь лет в лагерь в Мордовию. После ареста родителей Наталья, а также ее младшие брат и сестра попали в детдом. Во время Великой Отечественной войны жила в блокадном Ленинграде,в 1942-1944 г. находилась в эвакуации в Ярославской области и городе Иваново.
Образование, ученые звания.В 1947 г. окончила с отличием Первый Ленинградский медицинский институт им. академика И. П. Павлова (ныне Первый Санкт-Петербургский государственный медицинский университет им. академика И. П. Павлова). В 1947-1949 г. училась в аспирантуре Института центральной нервной системы Академии медицинских наук СССР (в 1950 г. вошел в состав Института физиологии им. И. П. Павлова Академии наук СССР).
Доктор медицинских наук, профессор.

Двигательного аппаратов при электрическом раздражении коры головного мозга", в 1959 г. диссертацию доктора медицинских наук по теме "О биоэлектрической активности больших полушарий головного мозга при супратенториальных опухолях".

Она стала членом-корреспондентом, в 1981 г. академиком АН СССР (впоследствии Российская академия наук).Являлась членом отделения физиологии РАН.–В 1962 г. Наталья Бехтерева вернулась в НИИЭМ АМН СССР, где организовала и возглавила отдел нейрофизиологии человека. В 1966-1969 гг. занимала должность заместителя директора института. С января 1970 г. по 1990 г. возглавляла НИИЭМ. В 1980 г. основала при институте клинику функциональной нейрохирургии и неврологии.В 1990 г. по ее инициативе на базе отдела нейрофизиологии человека НИИЭМ АМН СССР и лаборатории позитронно-эмиссионной томографии Института эволюционной физиологии и биохимии (ИЭФБ) им. И. М. Сеченова АН СССР был создан Институт мозга человека АН СССР (ныне ИМЧ им. Н. П. Бехтеревой РАН, Санкт-Петербург).

Наталья Бехтерева была назначена научным руководителем института (работала в этой должности до конца своей жизни), а пост директора занял ее сын физиолог Святосла Медведев (заведовал лабораторией ИЭФБ АН СССР).
Одновременно Бехтерева возглавляла научную группу нейрофизиологии мышления, творчества и сознания ИМЧ РАН.
Избиралась депутатом Верховного Совета СССР (1970-1974),народным депутатом СССР (1989-1991).
Была вице-президентом Международного союза физиологических наук (1974-1980) и Международной организации по психофизиологии (1982-1994), главным редактором журнала "Физиология человека" АН СССР (1975-1987) и международного журнала "Психофизиология" (1984-1994).
Кончина
Наталья Бехтерева скончалась 22 июня 2008 г. в клинике Гамбурга (Германия) после продолжительной болезни.
Похоронена на ! поселка Комарово (Санкт-Петербург).
Вклад в медицину Академик Бехтерева заложила основы фундаментальных исследований и создала оригинальную научную школу в области физиологии здорового и больного мозга человека.
Предложила и использовала для лечения различных нервных заболеваний метод долгосрочного вживления электродов в мозг человека.
–
Автор и соавтор более 360 научных работ (в т. ч. 14 монографий), ряда книг. Среди них "Физиология и патология глубоких структур головного мозга человека" (1967), "Нейрофизиологические аспекты психической деятельности человека" (1971), "Здоровый и больной мозг человека" (1980), "Магия творчества и психофизиология: факты, соображения, гипотезы" (2006), "Магия мозга и лабиринты жизни" (2007) и др. награды, почетные звания Лауреат Государственной премии СССР науки и техники (1985, "за исследования по физиологии головного мозга человека").
Была награждена орденами Трудового Красного Знамени (1975), Ленина (1984), "Знак Почета" (1967), Дружбы народов(1994), "За заслуги перед Отечеством" III (2004) и IV (1999)степеней, медалью "За трудовую доблесть" (1961).

В числе ее наград золотая медаль им. В. М. Бехтерева РАН(1997), медаль им. Ханса Бергера (Германия, 1970), медаль им. Мак-Каллоха (США, 1972) и др.
Являлась иностранным членом Австрийской (1974) и Финской (1990) академий наук, Американской академии медицины и психиатрии (1993), действительным членом международной академии наук экологии, безопасности человека и природы (1997). Была почетным членом Венгерского электрофизиологического общества (1968),Чехословацких нейрофизиологического и нейрохирургического обществ им. Пуркинье (1989).Почетный гражданин Санкт-Петербурга (2008).
Личные сведения
Дважды была замужем. Первый супруг Всеволод Иванович Медведев (1924-2008), физиолог, член-корреспондент РАН.
Вторым мужем был экономист Иван Ильич Каштелян.
Сын - Святослав Медведев (род. 1949), физиолог, академик РАН (2016), в 1990-2017 гг. возглавлял ИМЧ РАН, ныне главный научный сотрудник лаборатории нейровизуализации Института медико-биологических проблем РАН (Москва).

сделано от Махмудовой Инобатхона и Номировой Асилы из 9-З класса