Adrian, insieme a B.H.C. Matthews e altri colleghi, continuò la carriera di ricercatore attivo anche dopo aver ricevuto il Premio Nobel (1932) spostando, però, il suo interesse verso l'attività elettrica dell'encefalo, servendosi del lavoro svolto da Hans Berger che aveva inventato l'attuale elettroencefalogramma. Adrian, con l'aiuto di Matthews, definì molti dei parametri fondamentali per l'elettroencefalografia, come la relazione delle onde cerebrali registrate con questa tecnica con gli stimoli visivi e acustici e con il sonno. Affascinato dalle funzioni cerebrali e cerebellari superiori, apportò notevoli contributi all'attuale conoscenza dell'ambito sensoriale, dei recettori vestibolari e della rappresentazione del corpo sulla superficie cerebellare, oggi affidata al modello dell'homunculus somatosensoriale e motorio. Inoltre studiò le implicazioni filosofiche e psicologiche di queste ricerche in“The Physical Background of Perception” (1947, tradotto in italiano nel 1952).