Il lavoro di ricerca però non lo soddisfaceva e dopo due anni cambiò lavoro e conobbe Brücke, nell'Istituto di fisiologia, dove condusse importanti ricerche nel campo della neuro-istologia degli animali in cui dimostrò che gli elementi cellulari del sistema nervoso degli invertebrati sono morfologicamente identici a quelli dei vertebrati . Freud lasciò l'istituto dopo sei anni di permanenza, anche se le ricerche effettuate gli assicuravano una carriera nel settore, perché era animato da grande ambizione e valutava troppo lenti i successi conseguibili in quel campo. Freud fu enormemente colpito da Brücke, tanto che nella sua autobiografia lo cita come colui che maggiormente influì sulla sua personalità.