一些生理知识的出现弥合了哲学和科学心理学之间的鸿沟，它们始于17世纪，伴随着科学革命的出现。
生机说与唯物主义
正如哲学对身心问题的斗争一样，生理学也在讨论物质结构和过程之外是否存在更多的物质。生机说者认为在物质的身体之外另外有一种“生命的力量”，这种力量是非物质的，所以不适合进行研究。另一方面，唯物主义者认为生命中没有什么特殊的物质，人类就像其他的生物一样可以用生化过程来解释。
使我们神经紧张
神经在大脑和身体各部分之间进行信息传递的想法并不是最新的，它甚至在希腊哲学家盖伦关于生理一书的描述中就已经存在，该书写于公元2世纪。无论是盖伦还是其继任者都很清楚大脑和身体之间的交流过程，这种过程似乎涉及某种形式的“精神”沿着神经通路运动，这些神经被认为是中空的。1400年以来，没有人提出更好的想法。
神经是由大脑中类似脑髓的、黏糊糊的物质产生的，通过这些神经，动物将精神放射出去，而不是传递出去。这种物质确实比一个凸起或者开放的空腔更适合放射，它会让我们的运动和感觉更突然、更暴力和更不安，而现在那些表现出温柔的和连续行为的活动是由于受到我们意愿的影响，并受到理性的节制。
赫凯尔·克鲁克（1576年—1648年），《微世界志》（Microcosmographia），对人类躯体的描述（1631年）
1630年左右，勒内·笛卡尔提出了一种纯粹的机械解释，认为“精神”被某些流动的物质（如一种液体、气体或者某种类型的“火苗”）所替代。他仍然认为神经是中空的，尽管10年前的1620年，苏格兰医科学生约翰·摩尔（John Moir）在自己的课堂笔记里记录道：“神经内部并无可观察到的空腔，它就像静脉和动脉那样。”
笛卡尔第一次准确解释了反射动作是如何起作用的。他说，任何对感觉器官的刺激都会拉紧神经，从而打开大脑相应部位的一条管道，使动物的“精神”能够顺着管道流向受影响的区域，使肌肉肿胀并运动起来。虽然他在所有细节上都弄错了，但总的原理是对的：信号从感觉神经到中枢神经系统，引发另一个信号进入运动神经，并在需要的时候使肌肉运动起来。他还建议使用“刺激”这个词来描述激活神经的外界事物。
花园里的雕像
笛卡尔受到法国圣日耳曼花园里一系列自动机械的启发，提出了他的神经系统模型。这些机械是被管道里流出来的水所驱动，而这些水又是由行人走路给隐藏在路面下的压力机械以压力才得以向前流动。笛卡尔认为，如果雕像可以这样移动，也许让人体运动的机制也是类似的。
笛卡尔关于身体的理论是在其死后的1662年出版的。这是1500年来有关神经理论唯一的进展，但他的解释在三年后就被一个进行相关实验而不是理论思考的人推翻了。
第一只青蛙
17世纪，一位年轻的荷兰生理学家简·施旺麦丹（Jan Swammerdam，1637年—1680年）对青蛙进行了实验，他发现涉及运动的器官是大脑而不是心脏，但他却从根本上证明了运动可以在没有大脑参与的情况下产生。他去掉了青蛙的心脏。实验发现，青蛙虽然看起来很混乱，但它仍然会游泳；而当他切除了青蛙的大脑后，它就不能游泳了。他还发现，如果他用手术刀刺激青蛙的神经，它的腿部肌肉仍会收缩。他也可以对狗做同样的实验。如果从青蛙身上把腿取下来，也可以使它的肌肉收缩。笛卡尔的“精神”机械性地从大脑传导到肌肉这一理论被彻底否定，实验证明，神经的活动甚至不需要大脑的参与。
施旺麦丹的实验是神经生理学和心理学史上非常重要的实验之一。他的实验发现了刺激和反应之间的关联，奠定了行为心理学的基础：有机体、人类或其他生物的行为完全是其接收的所有刺激的结果。
因此，从这些实验中，我可以得出这样的结论：单纯的自然运动或刺激神经是产生肌肉运动的必要条件，无论它是起源于大脑，还是骨髓或其他地方。
简·施旺麦丹（1678年）
生物电
虽然施旺麦丹确信自己已经证明动物不存在“精神”，但他却不能准确地解释神经是怎样传递信息的。他把这个过程比喻成穿过固体的振动，如敲厚木板。而这一研究的下一步则是由意大利科学家路易吉·伽尔瓦尼（Luigi Galvani，1737年—1798年）推动的。
根据传说，伽尔瓦尼在一条板凳上为一只死青蛙剥皮，他之前曾经在这条板凳上做了静电实验，助手用金属刀触碰青蛙的神经，那条腿就像活的一样跳了起来。伽尔瓦尼继续将电流通过青蛙的肌肉，并观察其运动来调查这个惊人的结果。他得出了一个结论：“生物电”隐藏于生物体肌肉运动的背后，它是由体内液体的电离子导致的。想要把这些发现和神经结合起来还有一些工作要做，但他得出了神经病学上的第一个惊人发现。
非生物电
意大利物理学家亚历山德罗·伏特（Alessandro Volta，1745年—1827年）通过重复伽尔瓦尼的实验认识到，伽尔瓦尼用于连接肌肉和神经的金属电缆上有电流通过。他意识到这种电流来源于生物化学过程，于是开始在体外复制这种效应，并研制出了第一个电池。他将电应用到青蛙身上，因此引发了两个学科的诞生：神经学和电气工程。
拼接片段
人们其余要做的事就是要证明“生物电”如何在感觉、运动神经和大脑之间进行运作。1811年，英国生理学家查尔斯·贝尔（Charles Bell，1774年—1842年）制作了一个小册子，概述自己在解剖兔子实验中获得的研究结果。贝尔表现出了不同寻常的同情心，他有时不得不暂停实验，因为他非常关心由于切断兔子被试们的神经而给它们带来的痛苦。最后，他在无意识的兔子身上做了实验。
因此，我从兔子的耳后打了一下，使它不受脑震荡的影响，然后让它露出骨髓。我发现，在刺激神经的后根时，肌肉组织的任何部分都不会产生运动；但在刺激神经的前根时，每次钳子碰触神经都会让神经分布的相应肌肉产生运动。这些实验结果让我感到满意，不同神经根和神经束产生的神经冲动是由不同的神经部分造成的，并且，证实了研究者从解剖学中得出的概念是正确的。
查尔斯·贝尔（1811年）
贝尔描述了不同感觉和运动系统的神经会联接不同部位的脊髓。感觉神经将会传递来自感觉器官（包括皮肤的感觉感受器）的信息，并使其进入背（后）侧的脊柱。运动神经联接到腹侧（前侧），并将信息从脊柱传递到肌肉。这证实了存在双向神经通路，信号沿着不同的路子送给他的朋友。法国生理学家弗朗西斯·马戎第（Francois Magendie，1783年—1855年）在11年后发表了同样的发现，随之而来的就是对谁先得出这一研究结果的争议。
贝尔认为，我们有五种类型的神经对应着五种感官，并将这一假设留给了德国生理学家约翰尼斯·穆勒（Johannes Müller，1801年—1858年）来证明。1835年，他发现某些感觉神经特别适合感知某种特定类型的刺激（例如，眼睛对光线最敏感），它们也可以通过其他方式受到刺激（例如，我们可以在头部撞击后出现视觉幻觉）。他认为特异性是神经传递的性质，而不是刺激信号的来源或大脑处理信号的区域（在这一点上，他弄错了）。1912年，埃德加·阿德莱恩勋爵（Lord Edgar Adrian）证明在神经中传递的能量是相同的，其差别只是在于信号来自哪里、大脑怎样处理不同的信号。尽管如此，最重要的是，他的工作证明了我们的感知觉是由内部因素（身体和神经）决定的，而不取决于外部环境的特征。