El filósofo Nemesio de Emesa, en su obra más famosa titulada Sobre la naturaleza del hombre, postula la localización de las funciones mentales en los ventrículos cerebrales, proponiendo un esquema que se mantendría durante siglos. Incluso en el Renacimiento, Leonardo da Vinci adoptó esa postura. Lo único que hacía falta era el apoyo experimental, dado que durante este tiempo existían problemas técnicos e ideológicos que dificultaron el estudio del cerebro.
El anatomista italiano Luigi Rolando describe el surco o cisura central, una destacada frontera del cerebro que separa al lóbulo parietal del frontal, surgiendo así la teoría de que cada órgano tiene una función y recibiendo su epónimo nombre en su honor.
El médico Johann Spurzheim y el fisiólogo Franz Josef Gall llevan a cabo investigaciones con las que nació la frenología, ciencia que cometió el error de categorizar a las personas de acuerdo a sus características craneales, pero dio pauta a los acercamientos más acertados en la comprensión del cerebro.
Las ideas del anatomista y fisiólogo alemán Franz Josef Gall son sometidas a un análisis experimental por el médico y biólogo francés Pierre Flourens.
El fisiólogo francés Pierre Flourens, pionero en el método experimental de la realización de las lesiones localizadas del cerebro en conejos y palomas viviendo y observando cuidadosamente sus efectos en la motricidad, la sensibilidad y el comportamiento, propuso que cualquier parte de un hemisferio cerebral era capaz de realizar todas las funciones del hemisferio. No obstante, su visión holística sería cuestionada por Broca, Wernicke y Jackson.
Gabriel Gustav Valentin publica la primera imagen microscópica de una célula nerviosa.
El anatomista francés Paul Pierre Broca funda una sociedad de librepensadores, siendo uno de los pocos científicos de su época que mostraron adhesión a la tesis darwiniana de la evolución a través de la selección natural entre las especies.
Se publica El origen de las especies de Charles Darwin, con lo que inicia una serie de estudios y cuestionamientos teológicos sobre el origen del universo y la creación del hombre, dando paso a respuestas científicas de la física, fisiología, química y psicología empirista.
Paul Pierre Broca, médico, anatomista y antropólogo francés, tras hacer estudios post mortem a casi una decena de afásicos, observó que todos tenían una lesión en la corteza prefrontal inferior del hemisferio izquierdo, que desde entonces recibe su nombre.
El neurólogo alemán Carl Wernicke describe la cisura que llevaría su nombre o cisura que algunas veces limita los lóbulos temporal y parietal del lóbulo occipital.
En un escrito, el patólogo alemán Heinrich Wilhelm Gottfried Waldeyer resume la teoría de Cajal, con la que nace el término neurona.
El neurólogo inglés Hughlings Jackson se convierte en uno de los miembros fundadores de la National Society for the Employment of Epileptics (actualmente, la National Society for Epilepsy), junto a William Gowers y David Ferrier.
La creación del microscopio electrónico y las mejoras en los procesos para preparar los tejidos para su estudio permitieron a Stanford Palay y George Palade tomar una microfotografía donde se pudo observar la sinapsis de una neurona. La distancia entre neuronas era de tan sólo 20 nanómetros, corroborando así la teoría neuronal.