验室主任是恩斯特?冯?布吕客，他是一个要求严格的训练者，一个在科学研究方面无懈可击的人物。他的人格对这位年轻的学生产生了不可磨灭的影响。弗洛伊德发表的第一篇论文介绍了一项杰出的研究工作，他证明了低级动物的脊髓神经节细胞与高级动物的同一性，这在过去是一个长期争论不休的问题。弗洛伊德的证明，对进化论是个有益的贡献。不久以后，他又撰文描述了神经细胞的构造，从而为神经原的理论奠定了基础，这也是现代神经学的基础。就因为致力于这些重要的研究工作，弗洛伊德拖了两年时间才评到医学职称。即使在评定以后，他还是把自己的工作局限在实验室里。他不喜欢数学物理，它的工作始终在组织学方面，即组织构造的研究。

接着，弗洛伊德开始用显微镜揭示人的神经系统的各种神经束。他在这方面的主要工作是研究延髓，也就是头脑中最低级的部分。他终于理清了脊髓和小脑之间的种种联系。然而其中最有价值的部分，是他对听觉神经进行全面彻底的研究，以及对脑神经感觉神经核与脊髓的感觉神经结具有相同的证明，后者是对进化论的又一重大贡献。这些研究成果发表于一八八五年到一八八六年间。

一八八二年，弗洛伊德爱上了他妹妹的朋友玛尔塔?贝尔纳斯。贝尔纳斯比弗洛伊德小五岁，出身于汉堡一个颇有名望的犹太家庭，那时正住在维也纳。弗洛伊德很快认识到自己必须干一种比较实际的工作，而不是那种纯粹的研究，于是就进了维也纳医院，当了一名住院实习医生。他三年里在医院的各个部门都工作过，因此在医学的各个方面都得到了充分的训练，但是他的兴趣则在他的导师t．h．梅涅特所负责的精神病学方面。在医院实习期间，他发表过一些有关古柯碱的综合性研究成果，引起了医学界对这种药物的注意。弗洛伊德发现古柯碱具有麻醉的特性，他向他的一些当眼科医生的朋友的建议，在治疗眼疾时不妨可以用用