В лаборатории Гельмгольца Иван Михайлович провел четыре научных исследования по физиологии: влияние на сердце раздражения блуждающего нерва, изучение быстроты сокращения различных мышц у лягушки, исследование по физиологической оптике, изучение газов, содержащихся в молоке. В Берлине, Вене, Лейпциге и Гейдельберге Сеченов выполнил большую программу, которую он составил себе для глубокого и всестороннего овладения современной экспериментальной физиологией, а также закончил работу над своей докторской диссертацией. Она была написана и отослана в Петербург, в Медико-хирургическую академию, где предстояла ее защита. Скромно названная автором «Материалы для будущей физиологии алкогольного отравления», она отличалась богатством экспериментальных данных, широтой охвата проблемы и глубоким научным проникновением в сущность поставленной темы. Эта докторская диссертация в феврале 1860 года публикуется в «Военно-медицинском журнале».
Вечером 1 февраля 1860 года Сеченов в почтовом дилижансе прибыл из Риги на родину, в Петербург. 5 марта он защищает диссертацию и получает звание доктора медицины. Вместе с тем конференция Медико-хирургической академии допускает его к экзаменам на звание адъюнкт-профессора (Адъюнкт-профессор — помощник профессора), которые состоялись 12 марта. После сдачи экзаменов Сеченову предложили читать лекции по физиологии. 19 марта Иван Михайлович прочел первую лекцию. Следует заметить, что он приступил к работе, когда физиология в России не была еще экспериментальной наукой. Иван Михайлович быстро вышел в авангард науки и стал одним из основателей экспериментальной физиологии, наиболее сложного ее раздела — центральной нервной системы. 16 апреля Сеченова зачисляют адъюнкт-профессором на кафедру физиологии. 11 марта 1861 года Сеченов единогласно избран конференцией Медико-хирургической академии экстраординарным профессором, то есть сверхштатным, не занимающим кафедру.
В сентябре 1861 года в «Медицинском вестнике» напечатаны публичные лекции Сеченова «О растительных актах в животной жизни». В них впервые сформулировано понятие о связи организма с окружающей средой. В июне следующего года Иван Михайлович выезжает в годичный отпуск за границу. И во второй раз работает в Париже в лаборатории Клода Бернара. Здесь открывает нервные механизмы «центрального торможения». С открытием «сеченовского торможения», говоря словами продолжателя трудов Сеченова, Ивана Петровича Павлова, «считается совершенно ходовой, установленной истиной, что вся наша нервная деятельность состоит из двух процессов: из раздражительного и тормозного, и вся наша жизнь есть постоянная встреча, соотношение этих двух процессов». Работа Сеченова была одобрена Клодом Бернаром. В конце 1862 года она появилась в печати под названием «Физиологическое изучение об угнетающих механизмах головного мозга на рефлекторную деятельность спинного мозга». Этот труд Иван Михайлович посвятил Карлу Людвигу: «Своему высокоуважаемому учителю и другу»… далее
М.С. Шойфет, «Сто великих врачей»