Особый интерес представляла серия исследований морфологии и функции периферических и центральных органов равновесия, материалы которых нашли отражение в ряде статей и в обобщающей работе «Теория образования наших представлений о пространстве» (Спб, 1884). В них Бехтерев дал подробное описание строения органов равновесия и обеспечивающих поддержание равновесия тела нервных структур и показал, что эти структуры имеют значение не только в поддержании устойчивости тела и координации движений, но к тому же еще и «служат источником определенных ощущений». Вместе с ощущениями зрительными, слуховыми, осязательными и пр. они создают возможность ориентации в пространстве, расстройство же их функции ведет к расстройству пространственных ощущений. Провокацию этих расстройств можно вызвать вращением тела или же пропусканием через подзатылочную область гальванического тока. Бехтерев проводил такие опыты «над самим собой», что позволило ему дать подробную характеристику испытываемых при этом субъективных ощущений, возникающих в результате перевозбуждения органов равновесия.
Весьма важными были экспериментальные исследования Бехтерева, позволившие уточнить функцию расположенных в глубине головного мозга так называемых зрительных бугров.
Успехи Бехтерева в научной и практической деятельности привели к тому, что он приобрел широкую известность в среде русских неврологов. Мало того, он стал завоевывать признание и в Европе. Подтверждением этому явилось избрание его в 1883 году в действительные члены Итальянского общества психиатров.
Выдвигая Бехтерева в «кандидаты для заграничной командировки с ученой целью», Мержеевский в «Записке», адресованной Конференции Военно-медицинской академии, писал: «Ученые работы доцента Бехтерева относятся по преимуществу к клинике нервных и душевных болезней и к экспериментальной нервной патологии и по многочисленности своей, разнообразию затрагиваемых ими вопросов и оригинальности взглядов обнаруживают в их авторе весьма трудолюбивого молодого ученого, обещающего в будущем сделаться солидным невропатологом и прекрасным преподавателем».
Вместе с кандидатурой Бехтерева на заседании Конференции 21 апреля 1884 года рассматривались рекомендованные С. П. Боткиным для командирования за границу кандидатуры двух его сотрудников: клинициста С. В. Левашова и физиолога И. П. Павлова. Первый из них имел к тому времени 18 печатных работ, второй — 12. Из трех кандидатов на поездку в научную командировку должны были быть отобраны два. Конференция в этот день поручила рассмотреть выдвинутые Мержеевским и Боткиным кандидатуры комиссии, в которую, помимо этих наиболее заинтересованных профессоров, вошли профессора Тарханов и Манассеин. Тщательно изучив документацию, списки и реферативный обзор научных работ молодых ученых, на следующем заседании Конференции, состоявшемся 5 мая, комиссия огласила свое решение: все три кандидата «вполне достойны» направления в научную командировку, в связи с чем она обращается к Конференции с просьбой «подвергнуть их баллотировке». При тайном голосовании большинство голосов получили Бехтерев и Левашов. На период поездки за рубеж им было установлено повышенное жалованье «по шестому разряду», и, кроме того, из средств академии выплачивалось по 1200 рублей в год каждому. Такое материальное обеспечение направляемых за границу врачей позволяло им там не думать о хлебе насущном, а полностью посвятить себя изучению интересующих их научных проблем.