動物的腦和人的腦，動物的心理和人的心理既有必然的聯係又有本質的區別。通過對動物腦和人腦，動物心理和人的心理的比較研究，可以科學地揭示兩者之間的聯係和區別。例如，巴甫洛夫及其助手們利用狗做了大量的生理心理實驗，為探索人的心理規律開辟了道路，提供了依據。同樣，斯佩裏先將貓的視交叉、胼胝體作外科手術分離，然後分別使左、右眼解決問題。他發現貓的每個半球像一個完整的腦一樣，可以進行相當獨立的感知覺、學習和記憶。斯佩裏用猴子來作類似的實驗，同樣發現，猴子有時這一側半球占優勢，采取這一種行為，有時那一側腦半球占優勢，采取另一種行為，它兩種不同人格合為一體一樣。因此，“每個半球可以產生不同的記憶模式，都能夠表演不同的辨別任務。”斯佩裏總結動物分離腦研究結果時指出：“大腦各半球似乎是一個獨立的智能區域，他們是在完全不管——的確是完全沒有意識到另一半球中發生什麼情況下工作的。這種分離大腦的動物在實驗情況下表現出來的行為仿佛它有兩個完全獨立的腦子似的。”他在動物分離腦的研究中所得到的科學發現是引導他揭開人腦之謎的關鍵性一步。
從20世紀60年代初開始，斯佩裏將動物分離腦的基本方法應用到“分離腦”病人身上。例如，讓“分離腦”人用左眼注視一個美元符號（＄），而用右眼注視一個問號（？）。當要求他用左手畫出他所看到的東西時，他很快地畫出了美元符號，但當問他看到什麼東西時，他卻立即回答說：“是一個問號。”讓“分離腦”人右手握某一物時，他能叫出物體名稱並描述它。
而當同一物體握在左手時，卻不能用言語來表述它，但能夠在非逼言的測驗中確認它，如將它與各物品組合中的同樣物體配對。
實驗證明，正像斯佩裏於50年代在動物分離腦的研究中發現的那樣：“每個被分離的半球都似乎有它自己的、獨立的、具有自身的感知覺、學習與記憶經驗的認識領域。”就這樣，斯佩裏通過比較實驗將分離腦動物和分離腦人在腦功能方麵的相同之處揭示了出來。
斯佩裏還精心設計，對人腦的左半球和右半球作了大量的比較實驗，令人歎服地揭示了左右半球在功能上的差異性和互補性，從而使人們對大腦這個微妙世界有了更新、更深入的了解。
斯佩裏通過大量的比較實驗所取得的科學發現，解決了長期懸而未決的科學之謎，突破了許多傳統的理論，科學地解釋了大腦功能的高度專門化。斯佩裏的科學發現的重大意義體現在以下幾方麵。
一是確立胼胝體的傳遞功能，證偽“胼胝體無作用說”。胼胝體是連接大腦兩半球的神經束，對於他在腦功能活動中有無作用問題，在一個相當長的時期內一直懸而未決。斯佩裏通過比較實驗揭示，分離的兩半球各有獨立的知覺、學習與記憶經驗的認知領域，胼胝體並不是像傳統觀點認為的那樣，“隻是腦的支持物”，而是起著兩半球之間傳遞信息的決定性作用。這樣，肼胝體在完整大腦中的作用終於由斯佩裏弄清楚了。
二是發現了右半球優勢功能，匡正右半球劣勢觀點。斯佩裏及其同事對“分離腦”病人進行的一係列單側性試驗，表明大腦左半球長於語言和計算。大腦右半球雖不擅說寫，但對語言和字義仍有相當的理解。它對空間的識別，對音樂、藝術、情緒的感知，則優於大腦左半球。大腦左半球習慣做逐步分析，右半球偏向於整體直觀。這兩種不同的感受和思維功能分工合作，相輔相成，令人不禁感到造化之妙。總之，斯佩裏關於許多較高級的功能集中在右半球的新發現，有力地匡正了盛行一百多年的左半球是優勢半球的傳統觀念。
三是辯證地提出意識的分離和統一，反對右半球無意識的觀點。斯佩裏從分離腦病人的研究中，發現分離的兩半球各自具有較高的認識能力，似乎每一側分離大腦半球都有它自己的精神狀態，每一側半球與另一側的意識經驗明顯地斷離著。例如，讓分離腦病人同時看兩幅圖片，一是雪景，一是雞爪，分別投射到右左半球，另給八幅卡片，要求分離腦病人根據每個半球所獲得的信息用手指指出最好的選擇。實驗結果，雪景投射到右半球，病人用左手指鐵鏟的圖片；雞爪投射到左半球，病人用右手指雞的圖片。當要求病人對每一種選擇敘述理由時，他以說話的方式解釋一把鐵鏟和一隻雞的選擇：“雞爪長在雞身上，鐵鏟去清掃雪。”在這種評論性試驗中，即使受試者不能非言語性地確認左視野，也很少作出一種刺激的回答，這主要是右視野——左半球阻擋了來自另一半球的反應。