Uno dei primi studi che Leksell conduce riguarda lo sviluppo dell'elettronistagmografia, sviluppando la sua tesi sul controllo muscolare e sui motoneuroni gamma, ottenendo così i suoi primi risultati e le sue prime soddisfazioni scientifiche. Nel 1949 sviluppa il suo ""arc centered stereotactic frame"" basato su un sistema di "coordinate cartesiane", in contrasto con i progetti di Wycis e Spiegel, i quali proposero, rispettivamente, un apparato ortogonale e rettangolare. Fin dall'inizio della sua carriera, Leksell fu sempre interessato alla chirurgia stereotassica, sviluppando le sue teorie su quest'ultima nel corso degli anni.