Bahan ajar atau materi pembelajaran (instructional materials) secara garis besar terdiri dari pengetahuan, keterampilan, dan sikap yang harus dipelajari siswa dalam rangka mencapai kompetensi inti yang telah ditentukan. Buku ajar dengan menggunakan pendekatan brain-based learning menghubungkan keterlibatan emosi siswa, penambahan musik, dan gerakan tubuh yang membuat kerja otak menjadi optimal. Penelitian ini bertujuan untuk mengkaji keefektifan pendekatan brain-based learning melalui bahan ajar pada materi sistem pernapasan manusia untuk meningkatkan hasil belajar siswa. Penelitian ini merupakan jenis penelitian pengembangan dengan menggunakan one group pre-test post-test design. Subjek penelitian meliputi: siswa di, SMAN 3 Jember, SMAN 1 Prajekan Bondowoso, SMAN 1 Panarukan Situbondo, dan SMAN 1 Cluring Banyuwangi. Hasil penelitian yang diperoleh menunjukkan, terdapat peningkatan nilai rata-rata hasil belajar siswa skor N-gain menunjukkan hasil sebesar 0,61 berkategori sedang. Nilai rata-rata pre-test ke empat sekolah sebesar 41,93 sedangkan nilai rata-rata post-test sebesar 83,03. Hasil analisis dengan menggunakan uji paired sample t-test menunjukkan nilai taraf signifikansi sebesar 0,00 (< 0,05), dapat di artikan terdapat perbedaan rata-rata antara pre-test dengan post-test, sehingga mengindikasikan buku ajar dengan pendekatan brain-based learning efektif dalam meningkatkan hasil belajar siswa.