Занимался Тарханов также изучением влияния сжатого воздуха, кислорода и угольной кислоты на нервную раздражимость, описал (1847 г) образование желчных пигментов в организме животных и человека, одним из первых показал (1871 г) возможность восстановления угасающих функций обескровленного животного путем введения в организм физиологического раствора. Много внимания уделял исследованию биологического действия рентгеновских лучей. В 1896 году в опытах на лягушках показал влияние рентгеновских лучей на центральную нервную систему, выражающееся, в частности, в понижении рефлекса. Ему принадлежат работы в области возрастной физиологии.
В работе, посвященной сну («Сон»), Тарханов задается вопросом: «Зачем человеку сон, если мозг продолжает работать даже интенсивнее, чем в бодрствовании?» И отвечает: «Во сне не спят находящиеся в мозгу центры дыхания и кровообращения, не спят центры речи, ибо во сне мы разговариваем, не спят центры внимания, слуха, обоняния, не спит, наконец, мозжечок, о чем свидетельствуют чудеса эквилибристики, проявляемые лунатиками. Так что же тогда спит? Спят только центры, в которых сосредоточено наше сознание. Все остальное работает, и даже интенсивнее, чем днем». На самом деле сознание то спит, то бодрствует. Если бы это было не так, человек не смог бы вспомнить свои сновидения. Следует отметить, что Тарханов установил понижение кровяного давления в период сна.
В 1880 году Тарханов переводит «Учение о пищеварении» Эвальда, а через два года под его редакцией издаются «Лекции по зоологии» Поля Бера и «Учебник физиологии» Фостера в двух томах. В 1894 году Тарханов выступает с докладом на Всемирном конгрессе врачей в Риме. В 1895 году «О механизме светящегося аппарата итальянских светлячков» делает доклад на Всемирном конгрессе физиологов в Берне.
Работа Тарханова «Психические явления и телесные процессы в организме животных и человека» является выражением мысли, которая проходит через все его научное творчество. Завершается эта мысль монографией «Дух и тело» (1904 г), где ученый говорит о единстве духа и тела, о взаимоотношении организма с внешней средой. Тарханов выражает свое удивление перед гением Шиллера, который в «Психофизических этюдах», не применяя никаких измерительных приборов, только силу наблюдательности писателя-врача, постиг единство духа и тела, тогда как последующие работы Манассеина и его собственные потребовали для доказательства этого положения массы времени и труда.
Одним из первых И. Р. Тарханов написал о внушении. В 1881 году опубликовал результаты своих наблюдений на тему самовнушения, уже позже В. М. Бехтерев ввел методику самовнушения в повседневную практику. Работы Тарханова «Гипнотизм, внушение и чтение мыслей» (1886 г), издание переведено на французский язык в 1891 году, «Внушение и гипнотизм» (1905 г) вызвали широкий отклик. Совместно с Б.А. Оксом Тарханов редактировал (1892-1893 гг) перевод с немецкого 3-томного «Энциклопедического медицинского словаря» А. Виларе. Он был необходим всем врачам, являясь первым медицинским словарем на русском языке.
В работе «Обман сознания» (1886 г) Тарханов приходит к идеологии Гельмгольца, временами впадает в пессимизм, свойственный работам Клода Бернара в последние годы его жизни. Бернар, изгнавший в своих изысканиях жизненные силы, вновь начинает их признавать, правда, не как исполнительную, а как законодательную силу. К концу жизни он считает, что все обеспечено физико-химическими условиями, но жизненная сила урегулировала и привела в гармонию эти условия, ибо от случая все это никак не могло зависеть.
М.С. Шойфет, «Сто великих врачей»