Во второй половине XIX в. создаются объективные условия для выделения психологии в самостоятельную науку. В зарубежной и отечественной науке все чаще встречается мысль о необходимости самостоятельного, отдельного от философии и естествознания, в рамках которых зародилась психологическая мысль, развития психологии: этого требует специфика психических явлений.
Замечательный английский анатом, физиолог, патофизиолог и врач Чарльз Белл (1774—1842) экспериментально установил (а точнее подтвердил факт, известный еще в античности) различия между передними и задними корешками спинного мозга по функции: передние корешки содержат моторные нервы с двигательной функцией, задние—чувствительные (1807). Это открытие намечало анатомическую основу рефлекторной дуги, каждая часть которой получала анатомическое обоснование: проведение возбуждения по чувствительному нерву, затем его переработка в нервном центре и передача по эфферентному нерву к органу движения. Тем самым было» установлено, что спинной мозг построен по принципу рефлекторной дуги. Открытие имело сильный резонанс Параллельно оно было совершено французским физиологом Мажанди (1822) и вошло в науку под двойным именем — «закон Белла-Мажанди».
Белл показал регулирующую роль мышечного чувства в осуществлении движения. Он впервые выделил нервы, которые ведут oт мышцы в мозг и сигнализируют о характере мышечного сокращения. Так Белл сформулировал идею нервного круга или, как он называл, «нервного кольца»: раздражение поступает в мозг, от мозга в мышцу, от мышцы опять в мозг.
Сравнительно-анатомические исследования Мюллера убедили его в том, что "сравнительный метод — главное орудие биологии". Этот метод был применен им для изучения ряда проблем физиологии, и потому Мюллера можно считать основоположником сравнительной физиологии. Ему принадлежат важные исследования по рефлекторной функции спинного мозга, по физиологии органов чувств. И. Мюллер выдвинул доктрину специфической энергии органов чувств, которая является одним из самых крупных обобщений XIX в. в этой области науки. Доктрина включает 10 законов. В соответствии с первым законом мы имеем сознание не объекта, но наших нервов, нервы – это посредники между воспринимаемыми объектами и умом, и таким образом они навязывают уму свои собственные характеристики. По И. Мюллеру, ощущения складываются в чувствующем органе через посредство нервов, и в качестве результата от действия внешних причин дают знания некоторых качеств или условий не внешних тел, а самих сенсорных нервов.
Второй закон И. Мюллера состоит в принципе специфичности. Имеется пять видов нервов и соответствующих органов чувств, и каждый из них имеет свое специфическое качество или свою специфическую энергию, которую навязывает уму.
Третий закон: одна и та же причина вызывает в различных органах чувств различные ощущения. В основе теории И. Мюллера лежит неправомерное допущение о том, что органы чувств и проводящие нервные пути обладают своей специфической энергией изначально, и, следовательно, ощущение зависит не от природы раздражителя, а от самого органа или нерва и является выражением его специфической энергии.
В первой четверти XIX в. известный австрийский врач и анатом Ф. А. Галль выступил с исследованиями по морфологии мозга. Он впервые отличил серое вещество, составляющее кору и подкорковые образования, от белого вещества, которое состоит из проводящих волокон, связывающих отдельные участки коры между собой и кору с нижележащими отделами. Наибольшую известность, однако, получили не эти исследования, а френология Галля. В области психологии она опиралась на теорию способностей, а мозг представлялся как совокупность органов этих способностей (их 27), каждая из которых связывалась с определенной группой клеток в коре. Эти участки, разрастаясь, придают черепу выпуклую форму, по которой можно определить способность человека. Френология Галля как учение о связи строго локализованных способностей человека со строением черепа является ложным направлением, хотя в свое время эти идеи вызывали определенный интерес, в том числе в России. Она отражала попытку дифференцированного подхода к пониманию мозга, который до этого казался однородной массой.
Идеи локализационизма натолкнулись на сопротивление со стороны фактов.
Выдающийся вклад в физиологию, а также в психологию восприятия и ощущения сделал Г. Гельмгольц (1821 —1894). В 1850 г. в статье «Измерение скорости нервного возбуждения» он опубликовал результаты экспериментальных исследований, в которых показал, что скорость распространения возбуждения по нерву составляет примерно 120 м/сек. В 1849 г. В теории ощущений Гельмгольц проявлял непоследовательность, колебался между материализмом и идеализмом. Исходя из правильного положения о том, что наши представления, ощущения являются результатом воздействия предметов на нас, соотношение ощущения с вызвавшим его предметом мыслилось Гельмгольцем не по типу отражения и описывалось в терминах символа» иероглифа, знака. Важной частью исследований Гельмгольца явилась его теория восприятия.
Теория бессознательных умозаключений Гельмгольца утверждает, что перцептивный образ не ограничивается тем, что идет от стимула в данный момент: восприятие, которое выступает для человека как непосредственно данное, является на самом деле продуктом опыта. Процесс соединения данных ощущений с прошлым опытом является бессознательным и напоминает ту работу, которую мы производим в процессе мышления, когда делаем умозаключение: мы как бы сопоставляем наше впечатление (меньшая посылка) с какой-то частью прошлого опыта (большая посылка), а затем делаем вывод о том, что же имеет место в данный момент. Теория бессознательных умозаключений Гельмгольца имеет большое значение и не только для понимания восприятия: она указывает на существование механизмов, которые хотя и не выступают в самонаблюдении, но составляют действительное содержание таких явлений, как «я вижу», «я слышу» и др.