Inicià la seva tasca d’investigació amb diversos treballs sobre la circulació sanguínia. Traslladà el seu interès al camp de la neurofisiologia i estudià els fenòmens que tenen lloc a les fibres nervioses quan són estimulades per sota del llindar d’excitació, i també les diferenciacions funcionals al sistema nerviós central. Per aquests darrers treballs el 1944 compartí amb H.S.Gasser el premi Nobel de medicina.