В 1884 году внимание Фрейда привлекло медицинское испытание на баварских солдатах кокаина, использование которого способствовало укреплению их физических сил и стойкости духа. Он начал знакомиться с литературой о кокаине, заказал у одной из компаний этот алкалоид и начал осуществлять эксперименты с целью изучения его физиологического воздействия на человека.
Фрейд испытал воздействие небольшой дозы кокаина на себе и обнаружил его целительные свойства, связанные с устранением подавленности и повышением работоспособности. В дальнейшем он сам неоднократно прибегал к кокаину, использовал его в клинической работе в качестве терапевтического средства, рекомендовал его своим родственникам, невесте, друзьям как безобидный стимулятор повышения жизненного тонуса. Фрейд предложил своему другу Э. фон Фляйшлю-Марксоу использовать кокаин вместо морфия, к которому тот прибегал для заглушения болей, вызванных ампутацией большого пальца правой руки. Во время опытов в физиологической лаборатории его друг занес себе инфекцию, и только ампутация пальца спасла его от смерти. Однако операция прошла неудачно, потребовались новые хирургические вмешательства, причинявшие Фляйшлю боль и страдания. В обезболивающих целях он стал использовать морфий, причем дозы приема его постоянно увеличивались.
Переживая за вынужденное пристрастие Фляйшля к морфию, испробовав на себе воздействие кокаина, Фрейд предложил его другу в качестве обезболивающего средства. Фляйшль стал применять кокаин, что принесло ему облегчение. Однако по истечении некоторого времени Фрейд обнаружил, что его друг применяет слишком большие дозы кокаина, а его состояние не только не улучшается, а, напротив, ухудшается. У Фляйшля появилась сильная бессонница, были случаи потери сознания, наблюдались приступы белой горячки. Являясь непосредственным свидетелем губительного для здоровья его друга чрезмерного использования морфия и кокаина, Фрейд глубоко переживал по этому поводу. Впоследствии смерть Фляйшля, наступившая семь лет спустя после первого назначения ему кокаина, вызвала у Фрейда чувство вины; после он сожалел, что в 1884 году посоветовал своему другу это обезболивающее средство. Но в то время он был увлечен кокаиновой терапией и сам прибегал к данному средству с целью снятия утомления от чрезмерных нагрузок. Начиная с 1884 года Фрейд регулярно принимал незначительные дозы этого вещества к против собственной депрессии и несварения желудка. Использовал кокаин при работе с пациентами. Собирал клинический материал, демонстрирующий его терапевтическую ценность. Помог одному из коллег по работе снять при помощи кокаина глазную боль. Познакомился с литературой, раскрывающей историю применения растения коки южноамериканскими индейцами, привоза этого растения в Европу и получения кокаина из него. В июне того же года Фрейд написал о коке статью, часть которой была опубликована в одном из журналов по общей терапии. В этой публикации он отметил пригодность использования кокаина для анестезии кожных и слизистых оболочек и высказал предположение о возможном применении его в качестве анестезирующего средства в других случаях. Затем произошел драматический для Фрейда эпизод, в результате которого он лишился возможности обрести всемирную славу.