Quizá por el innegable tirón de Cajal y su obra, la línea principal de investigación del grupo de fisiólogos dirigido por Negrín en Madrid giró en torno al sistema nervioso. Sus investigaciones neurofisiológicas incluyeron estudios sobre las terminaciones nerviosas simpáticas y su regulación, los reflejos vasomotores, la integración de los sistemas endocrino y nervioso, la regulación del tono vascular, las rutas de acción de las glándulas, las «sustancias receptivas», el análisis químico de los fluidos biológicos, las vitaminas, la dieta, la actividad muscular y los estados carenciales, y diseñaron y construyeron algunos aparatos de medida automática