L'era della neurologia moderna progredì grazie alle scoperte di Duchenne riguardo alla conducibilità dei neurotrasmettitori, l'effetto di lesioni di queste strutture e l'introduzione della biopsia muscolare. Egli fu il primo a praticare la biopsia muscolare, servendosi di quello che egli stesso chiamò ""l'emporte-pièce" (l'arpione di Duchenne) per raccogliere campioni di tessuto vivo da studiare. Il suo libro, "Mécanisme de la physionomie humaine" fu il primo testo di neurofisiologia sull'emozione e stabilì un punto di riferimento nella storia della fotografia in ambito medico. Comunque, il contributo più grande riguardò le miopatie che adesso portano il suo nome: Distrofia di Duchenne, atrofia muscolare spinale di Duchenne-Aran e paralisi di Duchenne-Erb. il 1835, Duchenne iniziò la sperimentazione dell'elettropuntura terapeutica (una tecnica recentemente inventata da Magendie e Jean-Baptiste Sarlandière che prevede la somministrazione di una scossa elettrica sotto pelle con degli elettrodi affilati per stimolare i muscoli). Nel 1842, dopo un breve ed infelice secondo matrimonio, Duchenne ritornò a Parigi per continuare le sue ricerche mediche. Lì sviluppò una tecnica non invasiva di stimolazione muscolare che sfruttava una scossa faradica sulla superficie della pelle che fu chiamata "electrisation localisee". Egli spiegò queste teorie nella sua opera" "De l'Électrisation Localisée et de son Application à la Physiologie à la Pathologie et à la Thérapeutique", pubblicata per la prima volta nel 1855, ma fu con la sua ulteriore pubblicazione ""Physiologie des mouvements démontrée à l'aide de l'expérimentation électrique et de l'observation clinique et applicable à l'étude des paralysies et des déformation"," risultato di oltre 20 anni di studio, che consegnò il suo contributo più importante alla scienza medica.