Таким образом, организуя первую в России нейрохирургическую операционную, Бехтерев ратовал за создание нейрохирургии и подготовку нейрохирургов. Он считал, что нейрохирургами могут становиться хирурги, достаточно ознакомившиеся с невропатологией, а также невропатологи, овладевшие методами оперативных вмешательств на нервной системе, при этом он отдавал предпочтение нейрохирургам из числа невропатологов.
Сам Бехтерев считал, что ему самому учиться нейрохирургической технике уже поздновато. Своих больных он не оперировал, но принимал деятельное участие в диагностике нейрохирургической патологии. При этом, как писал позже ученик и сотрудник Бехтерева В. П. Осипов, «его диагнозы в области нейрохирургии почти всегда были безошибочными». Бехтерев понимал, что хирургическое лечение сопряжено с риском, но считал более гуманным, рискуя, спасать больных, чем, не рискуя, выступать в роли наблюдателя там, где необходимо нейрохирургическое лечение.
Являясь большим знатоком строения мозга, Бехтерев подробно растолковывал хирургу необходимые сведения, активно участвовал в разработке методики будущей операции и этим во многом содействовал успеху нейрохирургического вмешательства. Один из хирургов академии, профессор М. С. Субботин, часто оперировавший в клинике нервных болезней, выступая в 1901 году на II съезде российских хирургов, в связи с этим говорил, что он находится в «счастливых условиях, так как оперирует вместе со знатоком мозговой патологии профессором Бехтеревым». В операционном блоке клиники нервных болезней, помимо Субботина, неврологических больных часто оперировали профессора Н. А. Вельяминов, Е. Н. Павлов, Р. Р. Вреден.
В операциях со временем все чаще стали принимать участие и некоторые невропатологи. Наиболее активным из них был ученик и один из ближайших сотрудников Бехтерева эстонец Людвиг Мартынович Пуссеп. По совету Бехтерева он изучал топографическую анатомию на кафедре профессора Н. А. Кругликовского, приобретал хирургические навыки под руководством Р. Р. Вредена и вскоре стал нейрохирургом высокого класса — первым нейрохирургом-невропатологом, который сам мог и распознавать заболевания нервной системы и оказывать хирургическую помощь неврологическим больным. Постепенно общие хирурги все реже стали приглашаться в нейрохирургическую операционную.
В лабораториях клиники Бехтерев вместе со своими сотрудниками и учениками продолжал многочисленные исследования по морфологии и физиологии нервной ткани. Расширение познаний о строении мозга служило основанием для пополнения материалов, опубликованных в работе о проводящих путях. Интенсивное накопление сведений по физиологии нервной системы побудило Бехтерева к работе над фундаментальным многотомным трудом, названным впоследствии «Основы учения о функциях мозга». В то же время Бехтерев все больше внимания стал уделять изучению психологии; знание психологии он считал необходимым не только для врачей и особенно врачей — психиатров и невропатологов, но и вообще для всех людей, работающих с людьми, — педагогов, юристов, администраторов и т. д.
Однако психология в те времена основывалась главным образом на субъективных представлениях о сущности психических процессов. Выделившись из философии, психология оставалась чисто гуманитарной дисциплиной. Главным методом познания психологи считали самоанализ, проводя его обычно с откровенно идеалистических позиций. Опираясь на добытые таким путем сведения, они пытались судить о психике здоровых и больных людей, детей и даже животных. При этом они, как правило, даже не считали нужным увязать психические явления с физиологией мозга. Бехтерев же стремился к разработке представлений о психической деятельности, опираясь на достижения нейрофизиологии, и к созданию, таким образом, нового направления психологической науки. К осуществлению этой цели он приступил еще в период работы в Казанском университете. Там в 1888 году он прочитал актовую речь «Сознание и его границы». Эта же тема стала основной в его докладе «О локализации сознательной деятельности» на VI съезде Общества врачей в память Н. И. Пирогова, состоявшемся в Киеве в 1896 году.
В этом докладе Бехтерев обращал внимание на то, что «развитая психическая жизнь предполагает в нас признаки сознательной и бессознательной психической деятельности». При этом им отмечалось, что «мозг и вообще вся нервная система человека в постепенном развитии своих частей как бы повторяет те ступени развития мозга и нервной системы вообще, которые мы встречаем в последовательном восходящем ряду животных». Он утверждал, что «у новорожденных животных сознательную деятельность проявляют подкорковые центры, выполняющие у взрослых рефлекторную деятельность», но со временем сознательная деятельность «сосредоточивается в более высших центрах, выигрывая тем самым в своем развитии и совершенстве». Руководствуясь материалистическими принципами, Бехтерев четко связывал психическую деятельность вообще и сознание в частности с работой мозга. Он считал, что сознание должно быть свойственно не только человеку, но и животным, и при этом указывал на существенное качественное различие психической деятельности у животных, стоящих на разных ступенях эволюционного развития и в разные периоды их жизни. Опираясь на данные собственных исследований, Бехтерев отмечал, что с возрастом нарастает функциональная специализация мозговой ткани и, в частности, различных зон больших полушарий. Этим он объяснял большую «способность к восстановлению утраченных центров у новорожденных животных», так как «у новорожденных животных, подвергнутых мозговой операции, заменяющая деятельность оставшихся мозговых областей представляется значительно более развитою, нежели у животных взрослых».