В начале XIX в. постепенно стали формироваться новые подходы к психике. Теперь уже не столько механика, сколько физиология способствовала развитию психологического знания. Имея в качестве своего объекта природное тело, физиология видоизменяла его в предмет научного исследования. На основных стадиях ведущей позицией физиологии являлось «анатомическое начало». Функции изучались с точки зрения их подчиненности структуре органа, его анатомии. Метафизические воззрения давней эпохи физиология передавала на языке опыта.
Английским неврологом Ч. Беллом, французским физиологом Ф. Мажанди, американским психологом Г.-С. Холлом и немецким физиологом Ф. Мюллером было сформировано рефлекторное направление. Успешное развитие психофизиологии было связано с применением метода наблюдения за самим собой (интроспекции). Работы Германа Людвига Гельмгольца «Учение о слуховых ощущениях» и «Физиологическая оптика» являются основой современной физиологии органов чувств.
Мысль о том, что психические явления зависят от некоторой установленной закономерности, которая понятна научному исследованию и может быть выявлена математическим способом, была заявлена в течении, получившем название «психофизика», основателем которого явился немецкий физиолог Густав Фехнер (1801–1887). Другой физиолог Макс Вебер (1795–1879) экспериментально доказал математически выражаемую корреляцию между физическими импульсами и чувствительными реакциями. Закономерности, выявленные Г. Фехнером и М. Вебером, подлинно описывали соотношение психических и физических явлений.
По собственной экспериментальной фактуре рефлекторная модель Р. Декарта стала правдоподобной благодаря тому, что были показаны отличия между осязательными (сенсорными) и двигательными (моторными) нервными путями, ведущими в спинной мозг. Это открытие продемонстрировали врачам и натуралистам И. Прохазке, Ф. Мажанди и Ч. Беллу. Оно позволило интерпретировать механизм связи нервов с помощью так называемой рефлекторной дуги, наэлектризованность одного плеча которой закономерно и с неизбежностью приводит в действие другое плечо, вызывая мышечную реакцию. Наряду с теоретическим (для физиологии) и практическим (для медицины) данное открытие играло важную методологическую роль. Оно с помощью экспериментального метода обосновывало подчиненность функций организма, касающихся его поведения в окружающей среде, физическому субстрату, а не рассудку (или душе) как особой бесплотной субстанции.
Австрийский анатом Ф. Галль (1758–1829) предложил оригинальную «карту головного мозга», в соответствии с которой разнообразные способности «расположены» в определенных участках мозга.