Свою трудовую деятельность Брока начал прозектором. Уже став известным хирургом, ученый продолжал активно интересоваться строением человеческого тела, главным образом мозга. Он даже организовал французское общество антропологов и многие годы исполнял обязанности его секретаря. Пожалуй, клинику свою любил он чуть меньше, чем лабораторию, которой отдавал все свободное время.
Свое открытие Брока сделал случайно. В его клинике лечилось двое больных. Оба поступили к нему из Бисетрской больницы. Первому из них, Леборну, в это время был 51 год. К моменту поступления к Брока у него уже более 10 лет наблюдался паралич правой руки и ноги и 21 год он был лишен речи. Из всех слов родного французского языка больной сохранил способность с грехом пополам произносить два: «tan» (пора) да «Sacre nom…» (черт возьми). Он утратил способность писать и совершенно не умел объясняться жестами. Товарищи по Бисетрской больнице питали к нему отвращение и даже называли вором. При смене постельного белья, которое проводилась раз в неделю, у него на правой ноге обнаружили обширное подкожное воспаление, что и послужило поводом для перевода в хирургическую клинику.
Второму больному, по фамилии Лелонг, было 84 года. Он оказался в хирургической клинике из-за перелома бедра. За девять лет до поступления к Брока после припадка с потерей сознания у него исчезла речь. Сохранилась способность произносить лишь пять слов: «oui» (да), «non» (нет), «tois» – искаженное «trois» (три), «toujour» (всегда) и «Lelo» (Лелонг).
Не имея возможности произносить ничего другого, больной широко пользовался остатками речи, однако чаще всего употреблял слова неправильно. Когда его спрашивали, умеет ли он писать, Лелонг говорил «да». Однако, если давали перо и бумагу и просили что-нибудь написать, вынужден был отвечать «нет!». И действительно, не только писать, вообще пользоваться пером он не мог. На часах больной мог показать лишь десять часов, но при этом произносил слово «три». Других числительных в его словаре не было.
Способность объясняться жестами у Лелонга сохранилась в большей степени, чем у предыдущего больного. Он мог объяснить, что имеет двух сыновей и двух дочерей, показывал на пальцах, что в больнице находится девять лет, что ему 84 года, и даже изображал, как работал в саду, давая понять, что в прошлом он садовник.
Причины потери речи были тогда еще совершенно непонятны и лечить их даже не пытались. Оба больных умерли вскоре после поступления здесь же, в клинике, и на вскрытии выяснилось, что у пациентов были поражены одинаковые районы левого полушария. Брока оказался прозорливым ученым. На основе всего двух случаев он сумел понять, что человеческой речью руководит левое полушарие.