弗洛伊德在婚戀問題上同對待科學的態度一樣，既熱情浪漫又嚴肅認真。他們從戀愛到結婚這一曆程長達4年零3個月。此間，弗洛伊德給瑪莎寫了900多封情書，表達對她的忠貞不渝。
從醫學院畢業後，弗洛伊德留在布呂克的生理研究所工作，專門從事神經生理學及神經解剖學的研究，取得了顯著成果，但收入微薄，難以養家，更無法為結婚準備必要的資金。在布呂克的勸導下，弗洛伊德的人生道路發生了一個轉折：從基礎理論研究轉向臨床醫療工作。從1882年起，弗洛伊德在維也納綜合醫院工作了3年。
在醫療實踐之餘，弗洛伊德還從事研究工作。特別是他轉入梅納特精神病治療所工作的5個月，他開始了潛意識與變態心理研究。研究過程中，發表了論文《腦中神經核及神經通路》及《神經係統器質性病變》的觀察報告。
1885年春，由於他在神經組織學和臨床治療方麵的顯著成績而被任命為維也納大學醫學院神經病理學講師。
1886年，弗洛伊德以神經病理學家身份在維也納開設了一個醫治精神神經症的私人診所。他主要采用了電療法、催眠法和宣泄法等。後來他發現催眠的療效不持久，遂改用他所特創的自由聯想法（或精神分析療法）為患者治療。
這年9月，30歲的弗洛伊德與瑪莎結婚。在婚後的頭10年裏，他們生下了3個兒子和3個女兒。
由於性觀念上的不同，弗洛伊德長期生活在被人指責和反對的處境中。但他仍在他開創的精神分析領域中艱苦探索，最終收獲了累累碩果。他一生將近60年的工作曆程，除準備階段外，可以大體分為五個階段：
第一個階段（19世紀90年代）始見成效。弗洛伊德寫了兩部代表作：一部是1895年和布洛伊爾合著發表的《癔症研究》。此書是他精神分析理論的奠基之作。書中對癔症的症狀、病因作了詳細地分析和解說，提出了癔症的創傷理論。同年，另一部代表作《科學心理學設計》發表，論文記錄了他企圖依據進化論、能量不滅定律，在腦生理學基礎上構建心理學理論模式的早期設想。這也是他思想的一個轉折點，是他的精神分析學的雛形和他的心理學體係的初始藍圖。
第二個階段（20世紀頭10年）大見成效。弗洛伊德寫了4部重要著作。《釋夢》（1900）的寫作與他父親的去世有關，由於受到極大震動，他開始給自己做精神分析，把自己的夢作為研究對象。他說，夢成了通往無意識的可靠途徑。他認為夢的欲望的滿足不僅能治療神經症患者，而且是了解正常人潛意識活動的重要渠道。該書被認為是弗洛伊德精神分析學形成的標誌。《釋夢》是他最喜歡的兩本書（另一本是《性學三論》）之一，也是被西方學者譽為“揭開人類心靈的奧秘”和“改變世界曆史”的書籍。
1901年，弗洛伊德發表了《日常生活的精神病理學》。該文用動力心理學觀點解釋日常生活事件。它發掘潛意識的存在，了解潛抑作用的功能，揭示深層活動的奧秘，初步完成了潛意識理論的體係化。此間，他還發表了題為《詼諧及其與潛意識的關係》的論文。1905年，弗洛伊德的“泛性論”最主要的代表作《性學三論》公開發表，此書著重闡述精神分析的性理論觀點：堅持性欲是一切人類成效的源泉；堅持性欲觀念的擴展。弗洛伊德在書中第一次係統地探索了人類性欲發展的規律。至此，弗洛伊德精神分析的主要理論和技術搭建完成。弗倫茨、榮格等後來的心理學家都成了他的信徒。1908年複活節，以弗洛伊德為中心，歐洲各國精神分析學家在薩爾斯堡齊聚一堂，召開了第一次國際精神分析大會，並決定出版《精神分析學、精神病理學年鑒》會刊。同年4月，維也納精神分析學會成立。1909年美國著名心理學家、克拉克大學校長斯坦利·霍爾邀請弗洛伊德參加該校校慶，並授予弗洛伊德名譽博士學位。弗洛伊德作了《精神分析五講》的講稿，講稿以《精神分析的起源和發展》為題，於翌年在《美國心理學雜誌》上發表。此次美國之行是他第一次獲得國際上的承認，他由此獲得了極高的榮譽。