Большой вклад в разработку физиологических проблем внес Клод Бернар, который изучал роль нервной системы в регуляции тонуса кровеносных сосудов и углеводного обмена, а также создал представление о внутренней среде организма как основе «свободной» жизни.

Новый этап русской и мировой физиологии начинается работами И. М. Сеченова (1829- 1905 гг.). Его по праву называют «отцом русской физиологии». Первые его работы были посвящены вопросам переноса газов кровью, разработке проблем гипоксических состояний. И. М. Сеченов и Поль Бер независимо друг от друга объяснили причину гибели французских аэронавтов, поднявшихся на аэростате «Зенит» на высоту более 8000 м, где имел место острый недостаток кислорода в разреженной атмосфере вдыхаемого воздуха. И. М. Сеченов показал, что гемоглобин эритроцитов переносит не только кислород, по и углекислоту. Его научная деятельность многогранна. Он разрабатывал вопросы физиологии труда. Изучая процесс утомления, впервые научно обосновал и установил значение активного отдыха. Всеобщее признание получило открытие И. М. Сеченовым явления центрального торможения. В 1863 г. вышла в свет его знаменитая книга «Рефлексы головного мозга», в которой сформулировано материалистическое положение о рефлекторной деятельности головного мозга, о том, что все бесконечное разнообразие внешних проявлений мозговой деятельности сводится в конечном итоге к одному лишь явлению – к мышечному движению.

И. М. Сеченов вошел в историю науки как великий ученый-мыслитель, дерзнувший подвергнуть анализу естествоиспытателя самую сложную область природы – явления сознания высших отделов головного мозга. Обогатив науку величайшими открытиями, он выдвинул наиболее правильные представления по важнейшим принципиальным вопросам физиологии, создал первую в России физиологическую школу. Его учениками были Н. Е. Введенский, В. Ф. Вериго, А. Ф. Самойлов.

Идеи, разработанные И. М. Сеченовым, были развиты в трудах И. П. Павлова (1849- 1936 гг.) и его многочисленных учеников. И. П. Павлов вывел рефлекторную деятельность мозга на качественно новый уровень, создав учение о высшей нервной деятельности (поведении) человека и животных, ее проявлениях в норме и при патологии.

Научная деятельность И. П. Павлова развивалась в трех основных направлениях: изучение важнейших проблем физиологии кровообращения (1874–1889 гг.), физиологии пищеварения (1889- 1901 гг.), высшей нервной деятельности (1901 – 1936 гг.). В 1904 г. И. П. Павлов получил крупнейшую международную награду – Нобелевскую премию. В 1935 г., незадолго до смерти И. П. Павлова, Международный физиологический конгресс присвоил ему звание «старейшины физиологов мира».

Учениками и последователями И. П. Павлова были Л. А. Орбели, П. К. Анохин, Э. А. Асратян, К. М. Быков и многие другие, которые своими фундаментальными трудами способствовали дальнейшему развитию основных положений учения о высшей нервной деятельности. Распространение естественно-научного исследования на высшие формы нервной деятельности основывалось на принципах детерминизма (причинности), структурности.

Исследование высшей нервной деятельности на основе дальнейшего развития рефлекторной теории, выявление объективных законов этой деятельности составляет ярчайшую страницу современного естествознания. Вклад отечественных ученых в мировую науку о мозге общепризнан, многое сделано и в изучении локализации функций в мозге (В. М. Бехтерев, Н. А. Миславский и др.) Физиология мозга и других важнейших систем организма успешно развивается в странах Европы и в США. Основные принципы координационной деятельности мозга были разработаны и сформулированы Ч. С. Шеррингтоном (1856–1952 гг.). Его работы вместе с результатами исследований электрофизиолога Э. Д. Эдриана (1889–1977 гг.) были в 1932 г. удостоены Нобелевской премии.

За исследования капиллярного кровообращения Нобелевскую премию получил А. Крог. Большой научный вклад в физиологию сердечно-сосудистой системы внесли отечественные ученые В. В. Парин, В. Н. Черниговский и др. За работы в области физиологии дыхания и в частности – выяснения механизмов регуляции этой важнейшей функции Нобелевской премии был удостоен К. Гейманс, а за открытие ферментативного механизма клеточного дыхания – О. Г. Варбург.

Велик вклад ученых в физиологию дыхательного центра и его роли в регуляции дыхания (Н. А. Миславский, Д. С. Холдейн, М. В. Сергиевский). Большое значение имели работы Ф. В. Овсянникова, описавшего сосудодвигательный центр.

В области физиологии пищеварения, продолжая славные традиции первооткрывателей, огромный вклад внесли И. П. Разенков, Г. В. Фольборт, Б. П. Бабкин и др. Особенно следует отметить заслуги A. M. Уголева, которому принадлежит честь открытия мембранного кишечного пищеварения, а также вклад в разработку современной концепции эндокринной деятельности желудочно-кишечного тракта.

Наше столетие богато открытиями в области изучения желез внутренней секреции. Целой плеяде замечательных ученых присуждены Нобелевские премии за работы по инсулину, дважды за открытия в области физиологии гипофиза, за исследование функции надпочечников, за регуляцию и гормональное воздействие на обмен веществ.

В разработке медико-биологических проблем наибольшие успехи в этом столетии достигнуты иммунологами. За открытия в этой области учеными разных стран получено наибольшее число Нобелевских премий – одиннадцать! Среди них и выдающиеся физиологи, биохимики, клиницисты и представители других смежных наук.

Если XIX век характеризуется как период расцвета аналитической физиологии, когда были сделаны выдающиеся открытия по всем важнейшим физиологическим системам, то XX век – период интеграции и специализации наук.

Именно в двадцатом столетии выделились два основных направления развития физиологической науки:

1. Глубокое изучение физико-химических процессов в клетках, мембранах, преобразований на молекулярном уровне. Делаются принципиальные открытия в области цитофизиологии и цитохимии, утверждается мембранная теория биоэлектрических потенциалов. За создание этой теории и установление ионных механизмов возбуждения нейронов в 1963 г. были удостоены Нобелевской премии Д. Экклс, Э. Хаксли, А. Ходжкин.