Гален внёс существенный вклад в анатомию и физиологию, практикуя анатомирование трупов людей и проводя эксперименты на животных.
В отличие от Аристотеля, описывал головной мозг как средоточие чувствительности, психической деятельности и движения. Описал четверохолмие среднего мозга, семь пар черепномозговых нервов, блуждающий нерв; проводя опыты по перерезке спинного мозга свиней продемонстрировал функиональное различие между передними (двигательными) и задними (чувствительными) корешками спинного мозга.