Однако в отличие от своих последователей сам Гален был ученым-экспериментатором; его считают основателем экспериментальной физиологии. Поскольку в тот период вскрытие человеческого тела было уже запрещено, он проводил вскрытия обезьян и свиней, не всегда правомерно перенося свои наблюдения на анатомию человека. Гален изучал анатомию головного мозга, описал семь пар черепно-мозговых нервов, первым выдвинул гипотезу о миогенной (зависящей от мышечных сокращений) природе сердцебиений, открыл симпатическую нервную систему, установил важный принцип взаимозависимости функции органа и его поражений. Признавал движение крови, но понимал его как прилив и отлив, а не как циркуляцию. Считал, что жизненный принцип, «пневма», вдыхается легкими и смешивается с кровью. Терапия Галена, в отличие от гиппократовой, была основана на принципе «противоположное противоположным». Например, тепло лечит болезни, вызываемые охлаждением, и наоборот.