然而，德国生理学家希齐格（Julius Hitzig，1838～1907）和弗里切（Gustav Fritsch，1838—1927）首次证明大脑不同区域确实控制不同的功能。希齐格在活狗身上做实验，证明大脑特定区域受到刺激会引起某些肌肉的收缩。他还证明，大脑特定部分的损伤会引起某些肌肉收缩功能减弱甚至瘫痪。
苏格兰神经学家费利尔（David Ferrier，1843—1928）以同样的方法对灵长类动物和狗做实验，成功地证明大脑的某些区域（运动区）控制肌肉和其他器官的运动，而其他区域（感觉区）则从肌肉和其他器官接受感觉。和伯纳德一样，费利尔也是顶着当时动物权利保护分子的压力而从事工作的，这些人控告他对动物残忍施暴。但是，他在法庭上（1882年）成功地证明，这些实验具有正当理由，它可以告诉我们关于大脑功能的关键性知识。
俄国生理学家巴甫洛夫，因其关于无意识反射和动物行为的实验而著名。
巴甫洛夫的早期工作是有关消化生理学和自主神经系统的研究，为此，他赢得了1904年诺贝尔生理学或医学奖。在一个著名的实验中，他通过外科手术在狗的胃旁接上一根导管，于是，狗吃进的食物从食道咽下，却不会进入胃里。但不可思议的是，胃还如往常一样分泌胃液。于是，巴甫洛夫得出结论：口腔里的神经一定传递了一个信息给大脑，从而引发消化反应。为了进一步证明这一点，他切断特定神经，再来观察狗吃进食物进入胃里的过程，这回没有放置导管，然而却不见有胃液流出来消化食物。可见大脑没有接到信息。
然而，巴甫洛夫最有名的工作是他后期对条件反射的研究（在德国和美国，这项研究对于通过生理学的方法来定位心理学起到了重大影响）。巴甫洛夫发现，由于狗见到食物会分泌唾液，他可以用另一种刺激，例如铃声来代替食物，只要原始刺激（食物）与次生刺激（铃声）在训练期间联系在一起，狗在听到铃声时就会分泌唾液。巴甫洛夫假设，这是因为在大脑皮层中建立了新的神经回路，才使得这些不相关的“条件”反射能够发生。
细胞理论的诞生
如今生物体由细胞组成的思想，似乎已成最基本的观念，但在19世纪前，大多数生物学家在分析动植物的结构时，仅停留在这样的认识上：有机体是由各种组织和器官组成的。早在1665年，罗伯特·胡克在用显微镜观察软木的结构时就看到了细胞，他认为它们看起来像是修道院里的一间间小室，于是给这一微小结构起了这样的名字。但是他没有想到他看到的乃是生命之基本原理的一部分。
施旺（和施莱顿一起）在建立细胞理论和组织学——研究动植物组织在结构方面获得了荣誉。大多数早期的细胞观察都以植物为对象，植物比较容易观察，因为它们有细胞壁，比动物细胞之间的细胞膜要厚得多。在显微镜和染色技术得到改进之后，（染色技术使得不同的组织格外分明，从而看得更清楚），科学家做了越来越多的观察。但即使在1831年，当布朗（Robert Brown，1773—1858）在细胞中心发现有一个小的暗色结构，并为之取名叫做“核”时，不要说他，所有人都没有理解这些微小结构的意义。1835年，捷克科学家帕金基（Jan Evangelista Purkinje，1787—1869）指出，有些动物组织，例如皮肤，也是由细胞组成的。但没有什么人给予更多关注，他也没有把这一点推向更成熟的理论。
可是只过了3年，犹如一场精彩拳击赛的第一回合，施莱顿提出了一个令人惊奇的思想：所有植物组织实际上都是由细胞组成，这些就是所有植物生命的基本模块。紧接着第二年，施旺提出：所有动物组织也由细胞组成；卵是单个细胞，器官由此发育而来；所有生命都是从单个细胞开始的。由于他们两人对这一构想各自贡献了一个基本成分，于是通常把创建细胞学说的荣誉给予他们两人。
其他人对这一理论的细节有所改进。施莱顿认为，新细胞就像发芽一样在现有细胞表面形成［孟德尔的对手耐格里（Karl Wilhelm von Nageli，1817—1891）证明不是这样］。但是在许多年里，细胞分裂一直是一个谜。1845年，希博德（Karl Theodor Ernst yon Siebold，1804—1885）把细胞学说扩展到单细胞生物（虽然他认为多细胞生物体由单细胞生物而组成）。19世纪40年代，柯里克尔（Rudolf Albert von Kolliker，1817—1905）证明精子也是细胞，神经纤维则是细胞的组成部分。细胞学说很快成了近代生物学的主要基础之一。
魏尔和与细胞病理学
随着对细胞结构的认识日益深入，研究者开始询问，如果一个细胞出现障碍，会有什么现象。对此尤为热衷的是一个名叫魏尔和（Rudolf Carl Virehow，1821—1902）的波兰年轻医生，当时他正在寻找斑疹伤寒流行的原因。他注意到病人生活的恶劣环境，并且毫无顾忌地说了出来。此时正处于革命上升的时期——这一年是1848年，革命的伟大年代——普鲁士的极端保守主义政府坚决取缔一切异议。魏尔和由于自己的立场而失去了大学教授职位。
但正是3年前的1845年，他曾最早描述了白血病，现在由于处于半退休状态，他就有时间来反思关于疾病原因的许多设想。第二年他在巴伐利亚的乌兹堡大学找到了一个职位。
7年后他回到柏林当病理解剖学教授，在这个领域他遥遥领先，1858年，他出版了《细胞病理学（Cellular Pathology），其中他把细胞学说运用于病理组织。作为第一位细胞病理学家，他证明病理细胞是从正常细胞演变而来。“所有细胞都是来自细胞，”他爱这样说，从而含蓄批评自然发生说，后者主张生命体起源于非生命物质。
鉴于魏尔和具有研究白血病和细胞病理学的学术背景，自然他就会有这样的想法，即疾病的产生是由于细胞在体内造反的缘故。（尽管癌症的发生与此有关，但魏尔和却以此思路看待所有的疾病。）由此引出的结果是，他拒绝接受巴斯德提出的一种重要理论，疾病是另一种有机体攻击的结果。
巴斯德的细菌理论
关于巴斯德，多产科学作家阿西莫夫（Isaac Asimov，1920—1992）曾经写道：“在生物学方面，除了亚里士多德和达尔文，再没有谁可以和巴斯德相提并论，这一点是毫无疑问的。”作为细菌理论的创建者、食物消毒中巴氏加热杀菌法的倡导者以及狂犬病疫苗的发明者，巴斯德的名字家喻户晓。他的巨大功绩源于一系列的激烈争论，在这些争论中，他的自负得到强烈体现（他乐于看到自己正确）。他的毅力换来了不少重大突破，首先是探明了发酵的本质（他认为这一反应是有机过程，而他的对手则认为是无机过程），接着是澄清了自然发生的可能性问题（他说不可能，他的对手坚持说有可能）。在每种情况下，巴斯德都战胜了对手，最后细菌可以引起疾病的说法也得到了确认。
由于巴斯德在他早期工作中成功地研究了酒石酸晶体，他在30多岁时就已成名，不过1857年法国科学院拒绝接纳他为会员。然而，他被里勒（Lille）大学任命为科学系主管。那里的葡萄酒和啤酒工业遇到了产品变酸的问题，找巴斯德帮助解决。于是，巴斯德开始探讨发酵的本质，结果发现发酵是某种活着的有机体的产物（他在与李比希的争论中获胜，李比希坚持认为，发酵是一种纯粹的化学反应，不涉及有机体）。现在问题在于，让葡萄酒或啤酒中的酵母照常工作，却不能让产生乳酸的发酵体工作（使饮料变酸）。于是，他建议在发酵完成后，把葡萄酒或啤酒微微加热，杀死“坏”的酵母，然后加上盖子。
然后巴斯德转向其他微生物，以便弄清它们是从哪里来的。自然发生问题仍然困惑着生物学研究。那些相信有机体具有某种活力的人们，对于那些证明自然发生绝不可能的实验持批评态度。环境不可能排挤生命，若是这样，生命当然不会自发产生。他们反对18世纪斯帕兰扎尼做的实验，他把肉汤罐子上面的空气加热，目的是想证明生命不可能从非生命产生。但反对者说，加热空气就破坏了必要的活力论原则。
于是，巴斯德设计了一只特殊的长颈烧瓶，事先进行消毒。细长而弯曲的瓶颈是敞开的，允许氧气进入，但开口是如此之小，以至于飘浮的孢子会在弯曲处被卡住。实验成功了。在烧瓶里没有滋生出有机体。但是他却在瓶颈的弯曲处寻到了微生物的孢子。有关自然发生说的争议终于告一段落。现在他被科学院所接纳了。
当法国南部丝绸工业于1865年陷入困境时，其领导人请求巴斯德这一奇才伸出援助之手。巴斯德很快就证实，这是一种显微镜下才能看见的寄生虫感染了桑蚕和桑叶。他说，必须彻底消灭已受感染的桑蚕和桑叶，重新开始。一切按他所做，丝绸工业得到了挽救。
现在巴斯德把注意力转向他一生中最伟大的成就：疾病的细菌理论。他开始认识到，疾病是可以传染的，传染由寄生的微生物引起，他称之为“细菌”。
他意识到，有了这一见解，疾病传播的渠道就可以切断了。不久他建议军事医院采用消毒技术——煮沸器具和消毒绷带——以防止传染和可以避免的死亡。
19世纪70年代，巴斯德开始研究炭疽热，这是家养动物中死亡率特别高、传染性特别强的一种传染病。1876年，德国的一位年轻医生柯赫（Robert Koch，1843—1910）发现了一种细菌，他认为是炭疽热的原因。巴斯德用显微镜肯定了柯赫的发现，同时他还发现，该细菌的孢子有很强的耐热性，可以存活于地面很长时间。整个兽群走过这块地面都会受到感染。必须杀死已感染的动物、焚烧并深埋在地下。
巴斯德还研究过接种预防炭疽热的方法。没有比种痘“更温和”的疾病了，詹纳曾经这样做过，他用牛痘来预防致命的天花病毒。于是，巴斯德加热了一些炭疽热细菌，减小其毒性（仍有感染的可能），并用它给羊群接种，同时让另一些羊不接种。结果没有接种的羊群全都染上了炭疽热死去，接种过的却没有死。巴斯德似乎永不满足，他又改进了炭疽热疫苗。使用类似方法，他又改进了抵御狂犬病和家禽霍乱病的疫苗。
巴斯德死于1895年，他在世界人民的心目中具有相当高的声望。他在难以计数的论战中取胜，这些论战涉猎广泛，巴斯统高超的技艺和镇静自若的禀赋由此得到体现。毫无疑问，他是那个时代的英雄，直到现在仍然如此。
柯赫：寻找病因
19世纪70年代初，柯赫，应农民的要求，帮助他们抗击可怕的炭疽热传染病，他们的兽群正在遭受此病的侵染。受巴斯德微生物学理论的启发，柯赫非常高兴能够有机会也寻找疾病的原因，而不只是治疗其症状。他在家里装备起一所小型实验室，配置显微镜，开始研究因炭疽热致死的家畜血样品。当他从显微镜观察样品时，发现了杆状细菌，他猜测这就是肇事者。他开始追踪杆菌的整个生活周期，让老鼠柯赫在寻找病因上是一位大胆的勇士。感染这一疾病，于是炭疽热病菌（从被感染的动物血）由一个老鼠，传到另一个老鼠，总共传了20代。不久前，德国植物学家科恩（Ferdinand Cohn，1828—1898）曾经观察到细菌形成孢子，并且发现孢子能够耐极高的温度。柯赫现在发现，炭疽热病菌可形成孢子，正如巴斯德所认为的那样，这些孢子可以在地球上存活很多年。柯赫还成功地研究了细菌整个生活周期，科恩热情地支持他发表研究结果。
在柯赫对认识传染病起因的许多贡献中，值得一提的是，他确立了一条规则，用于辨别引起某种传染病的原因。他说，研究者必须在患病的动物身上找到可疑的微生物，然后在培养基上得到纯系菌株。随后把培养物注入健康动物身上，使之患病。研究者还必须在该患病动物身上找到和原先一样的细菌。
柯赫成功地战胜炭疽热，还得益于他所创立的方法，亦即他改进了细菌的培养基［运用一种由海藻中提炼的叫做琼脂的凝胶状媒质，以及他的助手珀特里（Julius Richard Petri，1852—1921）发明的培养皿］。他还成功地发现了霍乱杆菌，1882年发现了肺结核的起因——结核杆菌。遗憾的是，他对于肺结核的治疗遭遇失败，尽管他曾经一度认为找到了办法。
1905年，柯赫主要由于在肺结核起因方面的工作，荣获诺贝尔生理学或医学奖。