哲學心理學發展到19世紀初，德國的海爾巴特試圖將心理學創建成為一門科學。由於當時他既缺乏神經生理的知識，又沒有科學實驗的手段，最終導致他的意圖失敗了。而這些知識和手段正在19世紀成熟起來的神經生理學、感官生理心理學和心理物理學中醞釀著。正是這些學科的有關知識和方法為實驗的科學心理學的誕生奠定了基礎。這裏先說說關於大腦機能統一和分區的問題。有趣的顱相學
大腦機能和心理的關係問題，早在古希臘-羅馬時期就已提出，例如希波克利特和加倫都認為心理、智慧的部位在腦。17世紀笛卡兒認為有一種“動物精神”沿著中空的神經管流動到腦子，通過腦中的鬆果體和靈魂交感，然後發出動作。這就是笛卡兒的“反射思想”。18世紀哈特萊(1749)提出受刺激的神經波動，沿著中樞的神經引起大腦振動而產生感覺和感覺痕跡的記憶等等。這些都屬於大腦神經機能和心理有關的心理學思想。
1776年阿斯特魯克將上述思想加以歸納，概括為反射概念。他把反射分為：感覺神經、中樞神經低級部位和運動神經三個部分，指出隨意動作和反射動作的區別。約在1809年前後，意大利醫生洛蘭圖提出神經係統分工的假設，但他把感覺看作是延髓的機能，認為大腦活動是纖維的活動。1811年英國人柏爾和1822年法國人馬戎第相繼發現，通過脊髓前根的是運動神經，後根是感覺神經。這是他們各自提出的神經機能的兩分法，後人稱之為柏爾一馬戎第法則。19世紀30年代生理學之父約翰·繆勒把反射概念引進生理學，認為反射動作也通過大腦，隻是在大腦裏不起什麼作用。約在19世紀20年代有了顯微鏡以及化學硬化切片和染色等新技術的應用之後，人們發現了腦組織由白質與灰質、神經纖維的網狀結構和突觸等組成，從而提出了神經原學說和大腦機能分區學說等。1824年夫盧龍用局部割除法發現延髓是生命器官，小腦調節身體運動，心理活動的機能是在腦葉，為此他提出大腦機能的統一說，反對大腦機能分區說。
關於大腦機能的分區說，早在18世紀末，顱相學者加爾及其學生施普茨海姆曾宣揚腦的各部位皮質都有特殊機能，可按頭顱的形狀將腦的心理機能分為35區。如上頁圖中所示。他們宣稱，觀察一個人頭顱的形狀就可以斷定他的心理品質和道德麵貌。例如，額突，被認為是貪得“8”的符號，扒手多數是額突的等等。當時科學家並不承認這種怪論，但對大腦機能定位的思想影響很大。1861年法人布羅卡發現腦的第三個前額基部是言語中樞。那時有個失語症患者前來住院治療，經過檢查，發現他的發音器官正常，但不能說話。5天以後患者死去。布羅卡當天解剖屍體發現，在其左腦第三前額回基部有一內傷。於是，他提出和夫盧龍相反的意見，認為腦是由相當於心理機能的各部分組成的。可見，大腦機能統一說和分區說的爭論早已有之，並隨著科技進步日益深化。感官生理心理
德國人弗裏舒和希齊戚於1870年第一次用生理學方法，即用電刺激完整的腦，發現了運動中樞。從此，這樣的實驗風行一時。1881年門克發現後腦葉為視覺中樞；1900年以後有人發現觸覺中樞在運動區後麵，但在皮質上有一大塊區域不能由刺激引起運動反應，因而激起了科學家的極大興趣。當時人們紛紛議論，認為那是感覺區而對此進行了研究，這就產生了感官生理心理學。
關於感官生理心理學的研究也有許多成就：
視覺方麵，知道了視網膜上有棒狀細胞和錐狀細胞，光的反映在網膜中心和邊緣是不同的。發現了盲點、色盲、色混合、視後象等視覺機能。
聽覺方麵，知道了耳朵的某些構造，隻是它們的作用還不太清楚。但已測定音波的頻率，提出了聽覺共鳴說。 在皮膚感覺方麵，知道了壓覺、溫覺和冷覺等，隻是很少研究它們的解剖生理。在皮膚觸覺上進行了測量，推動了心理物理學的研究。
其他如味覺和嗅覺則剛剛開始研究。當時發現味蕾和鼻黏膜是這兩種感覺的器官，對它們的刺激物也進行了分類研究。