Si è specializzato fra 1956 e 1959 nella Clinica di Neurologia dell'Istituto di Ricerche Neurologiche dell'Accademia Romena e dell'Università di Bucarest, avendo come professori Arthur Kreindler e Vlad Voiculescu. Soprattutto Vlad Voiculescu è stato il suo mentore spirituale per tutto il suo sviluppo professionale e scientifico. In questo tempo aveva già cominciato a fare ricerche sulle malattie cerebrovascolari (patogenesi e clinica delle trombosi dell'arteria carotide, l'ematoma intracerebrale spontaneo). Ion N. Petrovici è stato attestato come specialista in Neurologia nel 1959.