До Сеченова вопросами психологии в России почти не занимались... Белинский в одной из своих статей писал: «Психология, не опирающаяся на физиологию, так же несостоятельна, как и физиология, не знающая о существовании анатомии». Белинский считал, что как изучение, так и воспитание личности должно быть основано на «естественно-научных основах».

Военная служба тяготила 19-летнего юношу, который в 1848 году отправился в Киев во 2-1 резервный саперный батальон. Уже через полтора года Сеченов подал в отставку и поступил вольнослушателем на медицинский факультет Московского университета. Лекции по сравнительной анатомии и физиологии от профессора И. Т. Глебова заставила его всерьез задуматься о том, чтобы посвятить себя и свою жизнь изучению именно анатомии, а не физиологии. Однако, как это свойственно иногда молодым юношам, Иван Михайлович на старших курах разочаровался в изучаемой им науке, медицине, и переключился на психологию и философию.

В 1856 году Сеченов отправился за границу, где провел несколько лет в работе с крупнейшими физиологами Европы. Среди них Герман Гельмгольц, Эмиль Генрих Дюбуа-Реймон, Бернар. Именно за границей он напишет свою докторскую диссертацию «Материалы к физиологии алкогольного опьянения». Из интересного, опыты для этой диссертации он ставил на себе.

Вернувшись в Россиию, Иван Сеченов получил назначение в Императорскую Санкт-Петербургскую медико-хирургическую академию адъюнкт-профессором по кафедре физиологии – с обязательством немедленно начать чтение лекций.

Его выступления были яркими и успешными, они производили огромное впечатление как в академических кругах, так и на деятелей культуры. Главное отличие выступлений тридцатилетнего профессора было лабораторное сопровождение теоретической части.

Он привез из-за границы все необходимое оборудование для проведения опытов с нервно-мышечным аппаратом. В России эти опыты были неизвестными и привлекали всеобщий интерес.

С самого начала работы в университете Иван Сеченов вернулся к своим научным исследованиям. Его труды были удостоены высшей награды Академии наук, Демидовской премии, которая вручалась ученым, внесшим выдающийся вклад в развитие наук.

Сеченов понимал и принимал стремления русских женщин к высшему образованию, поэтому с большой охотой помогал им в обучении, они посещали его лекции в качестве вольнослушательниц. А двум своим ученицам по окончании учебного года он дал темы для научных исследований, которые они смогли защитить в Цюрихе. Впоследствии одна из них, Мария Александровна Бокова, стала женой Сеченова и его неизменным другом.

В 1876 году Сеченов вступил в должность профессора кафедры физиологии физико-математического факультета Петербургского университета. Он завершил работы, связанные с физико-химическими закономерностями распределения газов в крови и искусственных солевых растворах и продолжил здесь свои физиологические исследования.

Сенсацией того времени стал полет трех французских воздухоплавателей на аэростате «Зенит», поднявшихся на высоту 8 километров. Полет завершился трагически: двое погибли от удушья. Иван Михайлович решил проанализировать причины их гибели и свои выводы высказал на VI съезде естествоиспытателей и врачей в 1879 году. Его основная мысль об особенностях физиологических процессов, протекающих в человеческом организме при пониженном давлении воздуха.

В 1889 году Иван Михайлович смог сформулировать «уравнение Сеченова». Это эмпирическая формула, которая связывает растворимость газа в растворе электролита с его концентрацией. Ученые используют эту формулу и сейчас. К этому времени относится начало изучения газообмена человека.