Став доктором медицины и приват-доцентом, Бехтерев получил больше возможностей для изучения интересующих его разнообразных вопросов морфологии и физиологии нервной системы. При этом он считал, что морфологические исследования представляют собой не самоцель, а необходимое звено в процессе познания функций нервной ткани; расстройство же функции нервных структур лежит в основе развития тех или иных патологических состояний, болезней. Тогда уже Бехтерев учитывал, что отдельные функции нервной системы зависят обычно от работы многих отделов нервной системы.
Мозг находился в стадии изучении. Особенно спорными представлялись связи между скоплениями нервных клеток, формирующими так называемые ядра и узлы. Эти связи, состоящие из пучков нервных волокон, обеспечивающих проведение импульсов в одном и том же направлении, составляют проводящие пути мозга. Изучение строения и функциональной значимости отдельных мозговых зон и взаимоотношений между ними являлось важной задачей проводившихся в тот период нейроморфологических и нейрофизиологических исследований.
Восьмидесятые годы прошлого века и примыкавшие к ним десятилетия являлись временем многочисленных открытий в нейроморфологии и нейрофизиологии. Этот период для неврологов чем-то напоминал времена Великих географических открытий для мореплавателей. Знания о строении и функции мозга быстро пополнялись в эти годы трудами многих исследователей, но еще немало оставалось и спорного, непонятного, невыявленного. Совершенствованию познаний о мозге во многом способствовала разработка методов изучения нервной ткани и, в частности, ее окраски. Среди физиологических методов на первый план выступали различные способы раздражения и разрушения отдельных нервных структур у экспериментальных животных с последующим изучением — возникающих при этом изменений функционального состояния нервной системы. Важную дополнительную информацию давали и клинические наблюдения.
Совершенствуя свои знания в клинике душевных болезней, Бехтерев одновременно в совершенстве овладел всеми известными тогда методами изучения морфологии и физиологии мозга. Исследовательскую работу он вел самозабвенно и при этом ставил перед собой многообразные научные задачи, проявляя немало изобретательности я исключительную трудоспособность. 20 марта 1883 года общество русских врачей присудило Бехтереву серебряную медаль за работу «О вынужденных и насильственных движениях при разрушении некоторых частей центральной нервной системы».
К маю 1884 года, когда профессор Мержеевский предложил Конференции Военно-медицинской академии направить молодого ученого для дальнейшего совершенствования знаний в страны Западной Европы, список печатных работ его подопечного состоял из 58 названий. Помимо семи работ по теме диссертации, в этом списке были и статьи об особенностях строения спинного и головного мозга («Об изменениях спинного мозга под влиянием перерезки нервных корешков», «О связи так называемых периферических органов равновесия с мозжечком» и др.), и описания клинических проявлений при некоторых болезнях нервной системы. Большое место занимали физиологические исследования органов чувств, точнее, тех отделов нервной ткани, которые обеспечивают проведение в мозгу идущей от органов чувств специфической нервной импульсации и обеспечивают формирование соответствующих ощущений. Среди последних были работы о структуре зрительной системы, о корковых территориях, участвующих в формировании осязательных и болевых ощущений, а также мышечного чувства, обеспечивающего осознание положения частей тела в пространстве.