Явление суммации — важная характеристика нервной деятельности, впервые открытая И. М. Сеченовым в экспериментах на лягушках, было затем установлено и в опытах на других животных, позвоночных и беспозвоночных, и получило универсальное значение.

Открытие И. М. Сеченовым явления суммации как особой формы деятельности нервных центров получило высокую оценку физиологов.

Сеченов сформулировал положение о «машинообразности» живого организма, в котором нервная система вставляет собрание разнообразных регуляторов деятельности. Регуляторы эти, однако, непросты автоматические. В животном, как самодействующей машине, регуляторы, очевидно, могут быть только автоматическими»

В общей сложности за этот период им опубликовано около 30 оригинальных работ, написан учебник «Физиология нервной системы», переведены с немецкого учебники «Основы физиологии» Германа и «Физиологическая химия» Кюне, отредактирован перевод двухтомного сочинения Ч. Дарвина «Происхождение видов»: И. М. Сеченов становится одним из известнейших ученых России! Но в эти же годы царское правительство начинает преследовать И. М. Сеченова за его прогрессивные демократические убеждения. После выхода в свет работы И. М. Сеченова «Рефлексы головного мозга» отдельной книгой против него было возбуждено уголовное дело по обвинению в распространении вредных для щестза взглядов и за ним был установлен полицейский надзор. В знак протеста И. М. Сеченов подал заявление об уходе из академии и временно остался без работы. Затем, по предложению Д.И.Менделеева, начинает работать в его химической лаборатории по изучению растворения газов в солевых растворах.

В 1870 г. И.М.Сеченов, по рекомендации И. И. Мечникова, избирается профессором физиологии Новороссийского (Одесского) Университета.

В Новороссийском Университете И. М. Сеченов проводил научные исследования по основным направлениям: изучение газов крови, физиология нервной системы и психофизиология.

В 1876 г. И.М.Сеченов был избран на должность руководителя ры физиологии Петербургского Университета и переехал в Петербург. В петербургской лаборатории И. М. Сеченовым были продолжены работы по изучению центрального торможения и поглощения углекислоты растворами солей. В это время в лаборатории под руководством И. М. Сеченова прошли подготовку такие выдающиеся ученые, как Н.Е.Введенский, Б. Ф. Вериго, Н. П. Кравков,

Исследования по изучению газов крови были начаты И. М. Сеченовым в 1859 г. в лаборатории Людвига в Вене при выполнении им одного из разделов докторской диссертации. Им был сконструирован оригинальный прибор (абсорбциометр или ртутный насос Сеченова), который позволял производить количественное определение газов крови с очень большой точностью. Работы по изучению газов крови проводились И. М. Сеченовым на протяжении всей его научной деятельности. Он первый осуществил полное извлечение всех газов из крови и определил их количество в сыворотке и эритроцитах. Особенно много внимания было уделено изучению вопроса о состоянии углекислоты в крови. Этот вопрос был, по-видимому, главным в научной деятельности И. М. Сеченова в Новороссийском Университете. В результате большой экспериментальной работы им были получены важные данные о дыхательной функции крови. Некоторые из них являются открытиями первостепенного значения. Так, изучая поглощение и выделение углекислоты сывороткой крови, И. М. Сеченов приходит к важному выводу, что «жидкая часть крови лучше приспособлена для выполнения дыхательной функции, чем водный раствор бикарбоната». Она нтенсивнее поглощает углекислоту из тканей тела и быстрее отдает ее в альвеолы легких, чем бикарбонат. Эти свойства сыворотки крови обусловлены наличием в ней глобулинов.