Жесткие цензурные ограничения не смогли скрыть от читателей новизну и привлекательность материалистической теории сознания, которая была особенно актуальна в 60-х годах — в период подъема революционно-демократического движения. Несмотря на малый тираж, работа получила чрезвычайно широкую известность и распространение. Об этом свидетельствуют воспоминания современников, которые отмечали, что «осенью 1863 года появились в «Медицинском вестнике» «Рефлексы головного мозга» . Не одна молодежь, и люди более зрелых поколений прочли «Рефлексы» с самым серьезным вниманием; номер «Медицинского вестника» переходил из рук в руки, его тщательно разыскивали и платили большие деньги. Имя И. М. Сеченова, доселе известное лишь в тесном кругу ученых, сразу пронеслось по всей России. Когда через три года я очутился в Сибири, и прожил в ней с лишком восемь лет, — вспоминал Л. Ф. Пантелеев, — мне даже там пришлось встретить людей, не только с большой вдумчивостью прочитавших «Рефлексы», но и усвоивших те идеи, к которым они логически приводили .».

В 1866 г. «Рефлексы головного мозга» были изданы отдельной книгой в количестве 3000 экземпляров. Однако совет главного управления по делам печати вынес постановление о наложении ареста на книгу и о возбуждении судебного преследования ее автора. Мотивы обвинения формулировались цензурным комитетом следующим образом: «Сочинение Сеченова объясняет психическую деятельность головного мозга. Она сводится к одному мышечному движению, имеющему своим начальным источником всегда внешнее, материальное действие. Таким образом, все акты психической жизни человека объясняются чисто механическим образом . Эта материалистическая теория, приводящая человека, даже самого возвышенного, в состояние простой машины, лишенной всякого самосознания и свободной воли, действующей фаталистически, ниспровергает все понятия о нравственных обязанностях, о вменяемости преступлений, отнимает у наших поступков всякую заслугу и всякую ответственность; разрушая моральные основы общества в земной жизни, тем самым уничтожает религиозный догмат жизни будущей, она несогласна ни с стианским, ни с уголовно-юридическим воззрением и ведет положительно к развращению нравов». Почти год дело переходило из канцелярии в канцелярию, обрастая все новыми документами, мнениями, заключениями и резолюциями. Лишь нежелание царского правительства ещё более рекламировать книгу судебным процессом привело к тому, что делу не был дан ход и через год книга поступила в продажу.

И.М. Сеченов был настолько уверен в правоте своих заключений, что, когда друзья спросили его, кого из адвокатов он думает привлечьдля защиты на предстоящем суде, он ответил: “Зачем мне адвокат. Я возьму с собой в суд лягушку и проделаю перед судьями все мои опыты; пускай тогда прокурор опровергает меня”.

Все эксперименты он проводил на лягушках, используя методический прием, предложенный немецким физиологом Тюрком: одну из задних лапок подопытной лягушки погружали в слабый водный раствор серной кислоты и отмечали время, пока эта лапка оставалась неподвижной.