Cajal propuso estudiar el sistema nervioso en animales inferiores y en etapas tempranas del desarrollo embrionario para comprender mejor su organización. Formuló la teoría de la polarización dinámica, según la cual la transmisión del impulso nervioso se produce de las dendritas y el cuerpo celular hacia el axón. A pesar de fracasos técnicos iniciales, su tesón le permitió descubrir nuevos hechos sobre la anatomía del cerebro humano.