Исследования И. М. Сеченова сделали Россию мировым центром развития представлений о механизмах работы головного мозга. Труды Сеченова оказали огромное влияние на развитие отечественной и мировой физиологии, на утверждение естественнонаучных представлений о человеке, его психической организации и поведении. Идеи и открытия Сеченова были положены в основу активно развивавшихся впоследствии нейрофизиологии, физиологии труда, физиологии экстремальных состояний и других областей. Свой научный путь Сеченов изложил в «Автобиографических записках», изданных впервые в 1905 году.

Сеченов открыл (1862) центральное торможение (т. н. сеченовское торможение) в ЦНС – способность головного мозга угнетать двигательную активность и вегетативные процессы в организме.

Обнаружил спонтанные ритмические колебания электрических потенциалов в продолговатом мозге (1879–1882), электрические реакции продолговатого мозга на стимуляцию периферических нервов и спинного мозга, первым наблюдал суммацию возбуждения в нервных центрах. Установил основные закономерности рефлекторной деятельности, доказал, что все акты сознательной и бессознательной жизни по происхождению – рефлексы, став таким образом предшественником И. П. Павлова в создании нового направления науки – физиологии высшей нервной деятельности.

Считал психическую деятельность функцией головного мозга, отстаивал положение о детерминированности этой деятельности условиями существования. В работах «Рефлексы головного мозга» (1863) и «Кому и как разрабатывать психологию» (1873) впервые указал на связь физиологического и психологического.

Автор учения о газах крови. Предложил общую теорию газообмена в лёгких (1880–1881), разработал методы количественного анализа газов в крови. В 1890-х гг. сформулировал закон, характеризующий зависимость растворимости газов в растворах в зависимости от концентрации в них солей. Открыл соединение гемоглобина с диоксидом углерода, объяснил дыхательную функцию крови.

Популяризировал эволюционное учение, физиологические и медицинские знания в России. Участвовал в переводе на русский язык и издании трудов Ч. Дарвина и Т. Гексли, учебников по физиологии. Удостоен Демидовской премии Петербургской АН (1863) (по материалам Большой Российской энциклопедии).

В краткий обзор включены Автобиографические записки Ивана Михайловича Сеченова (1907 (в старой орфографии), 1945), избранные труды (1935) и собрание сочинений в 2-х томах (1907, в старой орфографии), сборники статей и отдельные обзорные статьи о трудах И. М. Сеченова в приложении к материалистической психологии и к современным представлениям об организации психической деятельности.

Книга Е. П. Бруновт «Изучение работ И. М. Сеченова в школе» (1951) будет интересна преподавателям.

Об отношении к учению как к самоцели и о влиянии этого убеждения на самореализацию на примере биографии И. М. Сеченова убедительно расскажет статья «О ценностном отношении к учению» Е. С. Воли, а также биографические работы из серии «Жизнь замечательных людей» К Х. Кекчеева и М. Яновской.