Cerletti usò per la prima volta la terapia elettroconvulsivante nell'aprile del 1938, in collaborazione con Lucio Bini, su un paziente con sintomi di delirio, allucinazione e depressione. Una serie di elettroshock terapeutici permisero al paziente di tornare a uno stato mentale di normalità e di riprendere il suo lavoro. Conseguentemente negli anni successivi Cerletti e i suoi collaboratori effettuarono regolarmente gli elettroshock terapeutici, sia su animali sia su pazienti neuropsichiatrici, valutando l'affidabilità della terapia e la sua sicurezza e utilità nella pratica clinica, soprattutto per il trattamento della psicosi maniaco-depressiva e dei casi più gravi di depressione. Il loro lavoro e le loro ricerche ebbero un'influenza notevole e l'uso della terapia si diffuse velocemente in tutto il mondo. L'apparecchio originale utilizzato da Cerletti e Bini per le prime osservazioni sui pazienti della Clinica universitaria è attualmente esposto al Museo di Storia della Medicina della Sapienza Università di Roma e fu oggetto di contesa tra Italia e USA negli anni '60.