Come medico dei gladiatori studiò le ferite. Si rese conto che una lesione sui nervi esterni della colonna produce insensibilità nel tronco da quel punto in giù. Alcune delle conoscenze di Galeno sono corrette anche alla luce delle attuali conoscenze scientifiche: dimostrò che le arterie trasportano sangue (non aria, in contrasto con Erasistrato e la tradizione greca antica); effettuò i primi studi sulle funzioni dei nervi, del cervello e del cuore; sostenne inoltre che la mente era situata nel cervello e non nel cuore, a differenza di quanto affermava la tradizione aristotelica. Per quanto riguarda la circolazione sanguigna, capì che i sistemi arterioso e venoso erano intercomunicanti attraverso minuscoli vasi (ἀναστομώσεις, "anastomoseis"), tuttavia si sbagliò sul cuore ritenendo che il sangue potesse passare direttamente dalla parte destra a quella sinistra (questo modello di circolazione sanguigna verrà superato solo nel XVII secolo con Harvey).