È il coordinatore del gruppo di scienziati che nel 1992, nell'ambito della psicologia evoluzionista, ha scoperto l'esistenza dei neuroni specchio, cellule motorie del cervello che si attivano sia durante l'esecuzione di movimenti finalizzati sia osservando simili movimenti eseguiti da altri individui, scoperta che tra l'altro individuerà le prime basi fisiologiche dell'empatia. Nel 1995 scoprono la risonanza motoria nell'uomo.