1981年10月9日淩晨3時，美國加利福尼亞州理工學院校長在睡夢中被電話鈴聲驚醒。新聞記者向他道喜說：“剛剛由瑞典傳來消息，您校斯佩裏教授被評選為今年諾貝爾生理學及醫學獎的獲得者！”該校以往曾多次得到類似的佳音，這次卻有點不同。許多熟悉斯佩裏的人，初聽到他獲獎消息時的反應都是：“大好了！但是為了什麼呢？”同行們公認，他有兩項深遠影響的貢獻都值得獲獎。問“為什麼”並非意味著“憑什麼”，而是為了弄清楚為了“哪一項貢獻”而獲獎。
消息傳來的當天，加州理工學院校刊發了號外，上麵登了各方麵表示的祝賀。校長的賀詞是：“斯佩裏，謹向閣下大腦的左右兩半球一並致賀！”這樣的賀詞或許是絕無僅有的，也多少有些讓人感到莫名其妙。然而，一旦人們弄清楚了其中的緣由，又無不欽佩校長的詼諧和中肯。原來，根據諾貝爾獎金評選委員會的宣布，斯佩裏獲獎的主要原因是“發現了大腦左右兩半球在功能上的特化，使我們對大腦結構機能有了嶄新的認識。”
1943年，斯佩裏剛獲得博士學位不久，那時“行為主義”在美國盛行，人們認為環境和經驗是影響和決定行為的必要和充分的條件。斯佩裏發表了一篇迄今仍常被引證的實驗報告，一舉推翻了當時專家們（包括他自己的指導教授萬思）所共持的偏見。他把青蛙的視神經在眼球後切斷，並把眼球在眼眶中繞視軸旋轉180°，重新定位。這樣，旋轉前後網膜各部分收到的外來信息，上下左右正好顛倒。手術後，被切斷的視神經逐漸萎縮。過一段時期，新的視神經會由轉動後的眼球上重新長出，伸向腦部，與腦部視區的神經細胞搭上關聯。這裏，青蛙雖重獲視覺，卻並不得益。每當斯佩裏在它的視野裏某處放入小蟲時，它總是向相反方向去攝取。這目標與行為間的偏差，無論如何都不能糾正。若不喂食物到口，青蛙就會被餓死！實驗表明：源於眼睛網膜不同部位的諸神經纖維，與腦部視區諸神經細胞之間，各有其對象。無論研究者把動物眼球如何定位，視神經如何切扭，由網膜各部重生的視神經纖維，或重列，或繞道，最後仍回到各自先天就決定的目的點去，即使眼球經人為轉向後會使行為產生偏差，也無可奈何。
據此，斯佩裏提出了新的觀點：一是“神經功能不可互換和腦的聯結不可塑”；二是“中樞神經的聯結生長具有高度特異選擇性並精確地按照預定程序進行，神經的聯結是由遺傳決定的。”
生物胚胎的分化發育，總是從一個細胞開始的。人們公認：在高等動物中，哪些細胞會組成骨骼，哪些會變成血液，都是遺傳決定的。斯佩裏的貢獻，是把先天的影響從“組織”的分化推進到個別神經細胞的分化上去。同時表明：神經係統由先天已決定的結構，對行為具有莫大的影響，不是完全能由環境和經驗來左右的。這並不是說環境和學習不重要。假如李白生長在英國、自然不會用英文寫出“床前明月光”的詩句。反之，換一個人，即使有和李白同樣經曆和文化水平，可能連一首“打油詩”也謅不出來。
斯佩裏強調，人們在神經係統結構細節上所呈現的差異，比人們在麵孔、指紋上的差異更大。各人的才智、性格生來有別，因而教育的方式和重點也應該多元化。因材施教不但事半功倍，也會使人類的文明多姿多彩。
20世紀40年代，斯佩裏從事神經元的功能特異性研究，他發現中樞神經聯結的生長不但具有高度特異的選擇性，而且精確地按照預定程序進行。這個發現導致他深入研究胼胝體的功能問題。胼胝體是腦的最大的纖維係統，由約2億根神經纖維組成。曾有醫生試著用切斷胼胝體的方法來治療嚴重的癲癇症，手術後病人發病次數和嚴重程度果然減少了。更可喜的是，看不出手術有什麼副作用。於是人們不免發生疑問：“經過億萬年進化還存在的胼胝體，難道僅是為了惡化少數癲癇病人的病情嗎？”斯佩裏一方麵分析研究了前人積累的科學證據，如19世紀末戴傑雷因發現，損傷兩半球間即從右半球視覺皮層到左半球的語言中樞的視覺路線，則會產生完全的失語症。20世紀初，李普曼報告了損傷胼胝體前部將會引起失語症結果的真實證據等，從而對胼胝體同大腦兩半球功能毫不相幹的觀點持懷疑態度。另一方麵斯佩裏在早期研究新發現的基礎上，先後用貓和猴作分離腦實驗研究，以此胼胝體在統一的大腦兩半球功能中究竟有無作用問題。