Queste prime esperienze permisero al giovane Levi di focalizzare appieno i suoi interessi: istologia, anatomia e citologia. Inoltre decise di concentrarsi sul campo della ricerca che più di tutti gli darà fama: la struttura e la funzione del tessuto nervoso. Osservazioni condotte su più di settanta diverse specie animali lo portarono alla conclusione (la cosiddetta “Legge di Levi”) che la dimensione del pirenoforo (ovvero il corpo cellulare del neurone) è proporzionale all'estensione dell'arborizzazione del suo assone e delle sue connessioni.