К лету 1891-го приглашенные в институт ученые организовали научные отделы физиологии, химии, бактериологии, патологической анатомии, сифилидологии и эпизоотологии. Именно в ИЭМе Павлов изучал условные рефлексы, проводя свои знаменитые собачьи опыты. В 1904 году они принесли ему Нобелевскую премию и в дальнейшем легли в основу нового направления — физиологии высшей нервной деятельности. Работы Гельмана и Владимирова составили фундамент эпидемиологии и иммунологии, способствовали возникновению учения об аллергии. Е.С. Лондон начал первые в мире исследования по медицинской рентгенорадиологии. Помимо теоретических изысканий, сотрудники ИЭМа уделяли огромное внимание практической медицине. Исследования Ненцкого по химии микробов и созданию бактериальных препаратов позволили институту уже к середине десятых годов снабжать большую часть страны сыворотками против дифтерита, стрептококка, стафилококка, скарлатины и столбняка.