Vinto un concorso di assistente, nel 1881 si trasferisce all'Istituto psichiatrico di Torino, allora diretto da Enrico Morselli. Qui, Buccola è fra i primi psichiatri italiani a intraprendere ricerche di psicologia sperimentale e psicologia fisiologica, analizzando, in particolare, i tempi di reazione a determinati stimoli sia negli uomini che negli animali. I risultati conseguiti, fra i primi al mondo di "cronometria mentale", raccolti e pubblicati nella sua opera più importante, "La legge del tempo nei fenomeni del pensiero. Saggio di psicologia sperimentale", uscita nel 1883, li ottenne anche grazie all'invenzione di alcuni macchinari innovativi per l'epoca con cui misurare i vari tempi di reazione.