この体験は採取とか分類とかその仕事の不向きさを知ることによってかえって自己の思索家的な素質を発見し、哲学を研究しようという気持ちを抱かせるにいたった。一方、そこで生物学に興味を持つようになり、ハーバード大学で医学を学び解剖の技術を身につける気持ちを抱く。
彼の記念碑的研究書。
　心理学の目的は、意識状態（心的状態）そのものを記述し説明することである。そして説明するために、意識状態の原因、条件、結果などに関して、意識状態と内外の関係を支配する法則に発展しようとした。意識状態は外界の認識と動作との間に介在するものとして位置づけられており、すべての心の状態は単なる考えや感じでさえも、その結果的においては運動的であると考えれている。
　ジェームズ心理学は、心的活動は常に脳の活動の関数であるとする生理心理学的作業仮説の上に立っている。
　外界の認識と動作に関していえば、そこでは共に合理性と選択性が強調され、意識の帰納を重んずる進化論的立場が濃厚である。この混沌とした世界の中でわれわれが方向決定をするのに必要な能力のみでなく、情動や本能も生存を助ける形で準備されており、この順応は「心と外界が相たずさえて進化した」ことの結果であるという。また「われわれの様々な感じ方、考え方は、それがわれわれの外的世界に対する藩王を形成するのに役立つから現在のようなものになった」と心的生活の有目的性を唱えている。外界の認識に際して意識ははっきりとした選択性を発揮し、同時に存在する混沌たる全体の中からその一部を選び、他の大部分を無視するし、動作の遂行にあたっても目的追求性と手段の選択性が顕著である。逆に言えば動作が心的と認めれる基準は、その目的追求性と選択制にあり、同じ目的を達成するために異なる手段を柔軟に用いるところに心の表現を見ることができるのである。また習慣的動作についても、習慣はわれわれの運動を単純化し、これを正確にし、かつ疲労を減ずるという実用的効果について述べている。内省（内観）を用いているが、それは構成主義者のように要素を見だすことを前提とした内省ではなく、あるがままを見る自然な自己観察である。