在早期的科学研究中，弗洛伊德遭遇到科技落后所带来的限制---当时还没有脑扫描技术，DNA是在他逝世之后才被发现。最后，弗洛伊德放弃了科学而专攻心理学。
但是今天，随着科学技术的发展，使人类思考、感觉和做梦的大脑分子路径被发现，科学家们开始重拾弗洛伊德一直致力的方向---神经系统科学(研究人类大脑)和精神分析学(研究人类精神世界)的结合。
现在，科学家可以通过脑扫描观察精神世界的内部运作，例如梦的起源，例如压力对神经传递素的影响。举个例子说，科学家曾经用核磁共振成像技术对一群试验者的大脑进行扫描，与此同时向他们展示一些飞快闪过的恐惧的脸的图片。试验者表示他们没有看到这些图片，但是脑部扫描却显示另一个结果：扁桃体这一管理恐惧情绪的中心亮了起来。科学家认为，这是证明无意识确实存在的一种方式。如今，无意识背后的化学机理、抑制的科学原理，甚至试验封锁创伤性记忆的方法等课题，纷纷成为科学家致力研究的对象。
当然，这些研究尚属初级阶段，也未必能证明弗洛伊德是对是错---核磁共振成像技术还不能测量人类情感的微妙变化。但是，经过了数十年来对神经系统科学和精神分析学的两极分化，这两个领域终于开始找到了彼此的共通点。
把科学当作“情人”
远在发表其著名理论“俄狄浦斯情结”(恋母情结)之前，弗洛伊德是一位坚定不移的科学工作者。从最早期的鳗鱼生殖系统研究，到后来研究人类的大脑结构，弗洛伊德对科学的热爱和执著与日俱增。在研究鳗鱼之后，弗洛伊德开始研究七鳃鳗和小龙虾的神经系统。他甚至发明了一种新的染色方法，以便更容易透过显微镜观察活细胞。
19世纪80年代，弗洛伊德开始把研究方向集中在人类脑干。科学成为了弗洛伊德的“情人”。他在1885年5月给未婚妻玛莎的一封信中这样写道：“亲爱的……我被要解开大脑结构之谜的欲望深深地诱惑着。我想，大脑解剖学是唯一能够与你抗衡的合法‘情敌’。”
开始治疗歇斯底里症
但是，由于单靠解构大脑并不能给弗洛伊德带来成家所需要的足够收入，于是，弗洛伊德在坚持科研工作的同时也开始了诊疗。他诊断过脑溢血和脊髓炎病症，发表过关于脑瘫和失语症的科学论文，并且在巴黎跟随神经学专家让·马丁·萨科特学习了一段时间之后，开始为“歇斯底里病患者”(当时对所有人格异常的人的统称)进行诊疗。在与病人交谈的过程中，弗洛伊德感觉到病人症状中所体现出来的一种情绪上的冲突，他开始意识到研究人的精神世界的重要性。但是当时医学界关于大脑的研究尚处于起步阶段，而且精神层面问题仍然属于哲学范畴，所以弗洛伊德也感到了犹疑。
弗洛伊德相信“大脑引起身体各部分的强烈互动，而不仅仅是一个机械的总开关”。1895年，弗洛伊德发表《科学的心理学研究项目》一文，试图阐述精神状态的生物基础，包括描述控制意识、记忆力和认知力的神经元，向人们展示一种大脑和思维统一的模式。但是由于当时的科学发展程度无法跟上，弗洛伊德最终放弃了这项研究。尽管如此，对于人的精神世界究竟如何运作这个问题，弗洛伊德毕生保持执著的研究态度。
