Introduí i desenvolupà l’angiografia cerebral, mètode de diagnòstic de gran valor per a la detecció de malalties intracranials i que permet de veure els vasos sanguinis del cervell en injectar-hi substàncies opaques als raigs X. El 1936 realitzà amb A. Lima una lobotomia, primera intervenció quirúrgica al cervell per al tractament d’una malaltia mental. El 1949 li fou atorgat el premi Nobel de medicina. Exercí també com a polític: fou diputat diverses vegades entre els anys 1903 i 1917 i encapçalà la delegació portuguesa a la conferència de pau de París (1918-19).